CN208954962U - 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。所述机械手臂包括末端承载部，还包括：吸盘，位于所述末端承载部上，用于吸附并承载晶圆；驱动器，连接所述吸盘，用于驱动所述吸盘自转；对准结构，位于所述末端承载部的端部，用于检测所述晶圆边缘的缺口位置。本实用新型节省了晶圆的传送时间，提高了半导体的生产效率。

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。目前，机械手臂的作用比较单一，一般就是通过机械夹持的作用固定住晶圆，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，在传送晶圆的过程中，还需要进行对准工序，即将晶圆放置在对准台上进行缺口(notch)对准，以确定晶圆的中心位置，确保后续制程顺利进行。在完成对准操作之后再通过机械手臂传送至检测台或者其他晶圆处理机台。对准是晶圆传送过程中的必要步骤，但是现有技术中这种依靠独立于机械手臂的对准台进行对准的方式，操作繁琐，需要通过机械手臂频繁的取、放晶圆，耗费了大量的时间，降低了机台产能；另外，多次取放晶圆增大了晶圆损伤的风险，降低了半导体的制造良率。

因此，如何缩短晶圆传送时间，提高半导体的生产效率，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，用于解决现有的晶圆传送过程需要耗费大量时间的问题，以提高半导体的生产效率。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种机械手臂，包括末端承载部，还包括：

吸盘，位于所述末端承载部上，用于吸附并承载晶圆；

驱动器，连接所述吸盘，用于驱动所述吸盘自转；

对准结构，位于所述末端承载部的端部，用于检测所述晶圆边缘的缺口位置。

优选的，所述末端承载部包括基板以及凸设于所述基板相对两端的第一凸块和第二凸块；所述吸盘位于所述第一凸块和第二凸块之间，所述第一凸块与所述第二凸块均用于承载所述晶圆的边缘。

优选的，还包括用于驱动所述末端承载部运动的连接臂；所述末端承载部包括与所述连接臂连接的尾端以及与所述尾端相对的前端；所述第一凸块位于所述前端，所述第二凸块位于所述尾端。

优选的，所述吸盘包括用于承载所述晶圆的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；所述驱动器与所述吸盘的第二表面连接，用于驱动所述吸盘沿竖直方向进行升降运动，使得所述晶圆与所述第一凸块和所述第二凸块之间均具有一间隙。

优选的，所述对准结构包括支撑部、发射部和接收部；所述支撑部与所述第二凸块背离所述吸盘的端部连接，且所述支撑部沿竖直方向凸出于所述第二凸块；所述发射部设置于所述第二凸块的上表面，且能够沿水平方向伸出所述支撑部，用于沿竖直方向向所述第二凸块发射光信号；所述接收部位于所述第二凸块内或第二凸块正下方，用于检测是否接收到所述发射部发射的光信号，若是，则确定与所述接收部对应的晶圆位置具有缺口。

优选的，还包括沿竖直方向贯穿所述第二凸块与所述基板的通孔；所述接收部设置于所述基板背离所述第二凸块的表面，且与所述通孔的位置对应设置。

优选的，所述发射部为激光发射部。

优选的，所述驱动器包括马达，所述马达的中轴连接所述吸盘，以驱动所述吸盘自转。

优选的，还包括设置于所述吸盘的第二表面上的硬磁膜，所述硬磁膜用于与所述马达中的电磁感应线圈作用，以驱动所述吸盘沿竖直方向升降运动。

优选的，还包括多个环绕所述末端承载部的边缘设置的夹具，用于固定所述晶圆。

本实用新型提供的机械手臂，通过在所述机械手臂的末端承载部上设置吸盘、驱动器和对准结构，通过所述吸盘吸附晶圆，并利用驱动器驱动吸盘的自转来带动所述晶圆的转动，并在晶圆转动的过程中，通过位于所述末端承载部端部位置的对准结构对晶圆边缘的缺口位置进行检测，从而在机械手臂上完成缺口对准的过程，无需在传送过程中将晶圆放置在预对准台上对准，节省了晶圆的传送时间，提高了半导体的生产效率。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中机械手臂在吸盘未升起状态下的结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中机械手臂在吸盘升起状态下的结构示意图；

附图3A是本实用新型具体实施方式中末端承载部未承载晶圆时的俯视结构示意图；

附图3B是本实用新型具体实施方式中末端承载部承载晶圆时的俯视结构示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式中驱动器与吸盘的结构示意图；

附图5是本实用新型具体实施方式中马达的俯视结构示意图。

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在吸盘未升起状态下的结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中机械手臂在吸盘升起状态下的结构示意图，附图3A是本实用新型具体实施方式中末端承载部未承载晶圆时的俯视结构示意图，附图3B是本实用新型具体实施方式中末端承载部承载晶圆时的俯视结构示意图。

如图1、图2、图3A、图3B所示，本具体实施方式提供的机械手臂包括末端承载部，还包括吸盘10、驱动器11和对准结构。所述吸盘10位于所述末端承载部上，用于吸附并承载晶圆18；所述驱动器11连接所述吸盘10，用于驱动所述吸盘10自转；所述对准结构位于所述末端承载部的端部，用于检测所述晶圆18边缘的缺口位置。

本具体实施方式在机械手臂的末端承载部位置增设了吸盘10、驱动器11以及对准结构，通过所述吸盘10的真空吸附作用承载所述晶圆18，实现对所述晶圆18的传输。同时，所述驱动器11驱动所述吸盘10自转，所述吸盘10的自转带动位于所述吸盘10表面的所述晶圆18的转动。随着所述晶圆18的转动，固定于所述末端承载部端部的所述对准结构能够对所述晶圆18的整个边缘进行检测，确定所述晶圆18上缺口的位置，从而直接在所述机械手臂上完成晶圆的缺口对准，无需在晶圆传输过程中将晶圆放置于独立的对准台上进行对准，一方面节省了晶圆的传送时间，提高了半导体的生产效率；另一方面，由于无需设置额外的缺口对准机台，降低了半导体的生产成本。其中，所述驱动器11驱动所述吸盘10自转是指，所述驱动器11驱动所述吸盘10围绕穿过所述吸盘10的中心且沿竖直方向延伸的轴自转。

优选的，所述末端承载部包括基板12以及凸设于所述基板12相对两端的第一凸块13和第二凸块14；所述吸盘10位于所述第一凸块13和第二凸块14之间，所述第一凸块13与所述第二凸块14均用于承载所述晶圆18的边缘。

其中，所述第一凸块13与所述第二凸块14的具体形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本具体实施方式中将所述第一凸块13设置为台阶状，在承载所述晶圆18边缘的同时，还能对所述晶圆18起到限位作用，有效避免所述晶圆18在传输过程中偏移甚至是滑落。

优选的，所述机械手臂还包括用于驱动所述末端承载部运动的连接臂；所述末端承载部包括与所述连接臂连接的尾端31以及与所述尾端31相对的前端30；所述第一凸块13位于所述前端30，所述第二凸块14位于所述尾端31。其中，所述连接臂驱动所述末端承载部运动包括但不限于驱动所述末端承载部进行平移运动、翻转运动等。

优选的，所述吸盘10包括用于承载所述晶圆18的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；所述驱动器11与所述吸盘10的第二表面连接，用于驱动所述吸盘10沿竖直方向进行升降运动，使得所述晶圆18与所述第一凸块13和所述第二凸块14之间均具有一间隙。

为了进一步简化所述机械手臂的结构，优选的，所述对准结构包括支撑部15、发射部16和接收部17；所述支撑部15与所述第二凸块14背离所述吸盘10的端部连接，且所述支撑部15沿竖直方向凸出于所述第二凸块14；所述发射部16设置于所述第二凸块14的上表面，且能够沿水平方向伸出所述支撑部15，用于沿竖直方向向所述第二凸块14发射光信号；所述接收部17位于所述第二凸块14内或者所述第二凸块14正下方，用于检测是否接收到所述发射部16发射的光信号，若是，则确定与所述接收部17对应的晶圆位置具有缺口。

具体来说，将所述晶圆18放置于所述吸盘10的第一表面后，所述第一凸板13与所述第二凸块14与所述晶圆18接触并共同支撑所述晶圆18；所述发射部16位于所述支撑部15的上表面，且未伸出所述支撑部15，如图1所示。当需要对所述晶圆18进行缺口对准时，所述驱动器11驱动所述吸盘10沿竖直向上的方向运动，所述晶圆18逐渐远离所述第一凸块13与所述第二凸块14，使得在所述晶圆18与所述第一凸块13、第二凸块14之间均形成一个间隙；同时，所述发射部16沿水平方向运动，直至伸出所述支撑部15，使得所述发射部16的光信号发射端在竖直方向上的投影覆盖所述晶圆18的边缘区域，伸出后的所述发射部16能够沿竖直向下的方向向所述第二凸块14发射光信号，如图2所示。当所述接收部17接收到所述发射部16发射的光信号时，则说明与所述接收部17对应的所述晶圆18上的位置具有缺口，所述发射部16发射的光线穿过所述缺口达到所述接收部；反之，当所述接收部17未接收到所述发射部16发射的光信号时，则说明与所述接收部17对应的所述晶圆18上的位置没有缺口。

另外，所述驱动器11沿竖直方向将所述晶圆18升起后，由于所述晶圆18与所述第一凸块13、所述第二凸块14之间形成了间隙，从而更有利于所述晶圆18的转动。

优选的，所述机械手臂还包括沿竖直方向贯穿所述第二凸块14与所述基板12的通孔19；所述接收部17设置于所述基板12背离所述第二凸块14的表面，且与所述通孔19的位置对应设置。

本具体实施方式将所述接收部17设置于所述第二凸块14的正下方，且位于所述基板12的背面，避免了所述接收部17与所述晶圆18的直接接触，从而更好的保护晶圆，而且可以简化所述机械手臂的制造工艺。具体来说，所述发射部16沿所述通孔19的轴向方向发射光信号。在所述晶圆18转动的过程中，若与所述接收部16对应的所述晶圆18边缘位置具有缺口，则所述发射部16发射的光线依次穿过所述缺口、所述通孔19后被所述接收部17接收。

优选的，所述发射部16为激光发射部。

附图4是本实用新型具体实施方式中驱动器与吸盘的结构示意图，附图5是本实用新型具体实施方式中马达的俯视结构示意图。优选的，所述驱动器11包括马达，所述马达的中轴42连接所述吸盘10，以驱动所述吸盘10自转。更优选的，所述机械手臂还包括设置于所述吸盘10的第二表面上的硬磁膜41，所述硬磁膜41用于与所述马达中的电磁感应线圈43作用，以驱动所述吸盘10沿竖直方向升降运动。

具体来说，所述马达中包括中轴42和电磁感应线圈43，所述马达通过所述中轴42驱动所述吸盘10自转。所述电磁感应线圈43在通电时产生感应磁场，通过选择合适的所述硬磁膜41的材料以及所述电磁感应线圈43中通入的电流大小和/或方向，使得所述感应磁场与所述硬磁膜41相互作用，产生吸引力或排斥力，即可实现所述吸盘10沿竖直方向的升降运动。此外，所述马达中还设置有电刷45以及围绕所述电刷45以及所述中轴42外围设置的保护罩44，所述保护罩44用于隔绝所述电刷45转动时掉落的颗粒与所述晶圆18，避免对所述晶圆18造成损伤。

优选的，所述机械手臂还包括多个环绕所述末端承载部的边缘设置的夹具32，用于固定所述晶圆18。

具体来说，在通过所述对准机构获取所述晶圆18上的缺口位置后，控制所述驱动器11停止驱动所述吸盘10转动，并通过所述夹具32将缺口对准后的所述晶圆18进一步固定，避免所述晶圆18在后续传输过程中出现位置偏移，满足高中心位置工艺的需求。

本具体实施方式提供的机械手臂，通过在所述机械手臂的末端承载部上设置吸盘、驱动器和对准结构，通过所述吸盘吸附晶圆，并利用驱动器驱动吸盘的自转来带动所述晶圆的转动，并在晶圆转动的过程中，通过位于所述末端承载部端部位置的对准结构对晶圆边缘的缺口位置进行检测，从而在机械手臂上完成缺口对准的过程，无需在传送过程中将晶圆放置在预对准台上对准，节省了晶圆的传送时间，提高了半导体的生产效率。

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，包括末端承载部，其特征在于，还包括：

吸盘，位于所述末端承载部上，用于吸附并承载晶圆；

驱动器，连接所述吸盘，用于驱动所述吸盘自转；

对准结构，位于所述末端承载部的端部，用于检测所述晶圆边缘的缺口位置。

2.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述末端承载部包括基板以及凸设于所述基板相对两端的第一凸块和第二凸块；所述吸盘位于所述第一凸块和第二凸块之间，所述第一凸块与所述第二凸块均用于承载所述晶圆的边缘。

3.根据权利要求2所述的机械手臂，其特征在于，还包括用于驱动所述末端承载部运动的连接臂；所述末端承载部包括与所述连接臂连接的尾端以及与所述尾端相对的前端；所述第一凸块位于所述前端，所述第二凸块位于所述尾端。

4.根据权利要求3所述的机械手臂，其特征在于，所述吸盘包括用于承载所述晶圆的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；所述驱动器与所述吸盘的第二表面连接，用于驱动所述吸盘沿竖直方向进行升降运动，使得所述晶圆与所述第一凸块和所述第二凸块之间均具有一间隙。

5.根据权利要求4所述的机械手臂，其特征在于，所述对准结构包括支撑部、发射部和接收部；所述支撑部与所述第二凸块背离所述吸盘的端部连接，且所述支撑部沿竖直方向凸出于所述第二凸块；所述发射部设置于所述第二凸块的上表面，且能够沿水平方向伸出所述支撑部，用于沿竖直方向向所述第二凸块发射光信号；所述接收部位于所述第二凸块内或第二凸块正下方，用于检测是否接收到所述发射部发射的光信号，若是，则确定与所述接收部对应的晶圆位置具有缺口。

6.根据权利要求5所述的机械手臂，其特征在于，还包括沿竖直方向贯穿所述第二凸块与所述基板的通孔；所述接收部设置于所述基板背离所述第二凸块的表面，且与所述通孔的位置对应设置。

7.根据权利要求5所述的机械手臂，其特征在于，所述发射部为激光发射部。

8.根据权利要求4所述的机械手臂，其特征在于，所述驱动器包括马达，所述马达的中轴连接所述吸盘，以驱动所述吸盘自转。

9.根据权利要求8所述的机械手臂，其特征在于，还包括设置于所述吸盘的第二表面上的硬磁膜，所述硬磁膜用于与所述马达中的电磁感应线圈作用，以驱动所述吸盘沿竖直方向升降运动。

10.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，还包括多个环绕所述末端承载部的边缘设置的夹具，用于固定所述晶圆。