CN217544571U - 用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备，该机械臂，包括主体部以及位于主体部同一侧的第一悬臂和第二悬臂，其中，所述第一悬臂上设置有第一吸盘，所述第二悬臂上设置有第二吸盘，所述主体部上设置有滑槽，所述滑槽中设置有第三吸盘，所述第三吸盘可沿所述滑槽移动。通过采用本申请的设计，使得该机械臂中的一个吸盘的位置可在滑槽中进行灵活调整，以适应不同的需求，该机械臂的三点承托且其中一点位置可调整的设计，不仅能增强承托稳定性，同时还能进一步降低吸盘真空泄漏的概率，可满足多种不同类型晶圆的需求。

Description

用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备。

背景技术

在半导体制造过程中，传统的真空吸附机械臂包括主体部和位于主体部一侧的第一悬臂和第二悬臂，通过第一悬臂和第二悬臂上的条形吸附孔实现晶圆的吸附和释放，条形吸附孔与真空管道相连，通过真空管道向条形吸附孔传递真空吸附压力。但该条形吸附孔的吸附面积过大，由于晶圆通常都具有翘曲，使得悬臂与晶圆之间存在空隙，而大面积的条形吸附孔容易吸附不到晶圆，造成真空泄漏的概率极大，且会在晶圆背面形成吸附印记，导致晶圆的外观异常。进一步地，由于考虑到各尺寸晶圆吸附的通用性，两悬臂的尺寸对于直径为300mm的晶圆仅能托起其一半左右，在取片过程中，由于真空泄露会导致该机械臂无法稳定吸附和承托晶圆，该机械臂无法支持300mm及以上尺寸的晶圆的传输。

因此，为了解决上述技术问题，亟需设计一种能够满足多种晶圆传输需求的机械臂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备，以解决现有的多种类型晶圆承载问题，减少晶圆翘曲造成的承托问题以及真空泄漏，稳定牢靠的实现对各种类型晶圆的吸附、释放和承托，减少晶圆在移动和探针检测过程中可能产生的损伤。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于吸附晶圆的机械臂，其特征在于，包括主体部以及位于主体部同一侧的第一悬臂和第二悬臂，其中，所述第一悬臂上设置有第一吸盘，所述第二悬臂上设置有第二吸盘，所述主体部上设置有滑槽，所述滑槽中设置有第三吸盘，所述第三吸盘可沿所述滑槽移动。

优选地，该机械臂还包括第一管路、第二管路和第三管路，其中，所述第一管路与所述第一吸盘相连，所述第二管路与所述第二吸盘相连，所述第三管路与所述第三吸盘相连，所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路间为并联连接，所述第三管路为柔性管路，可随所述第三吸盘在所述滑槽内移动。

优选地，所述第一悬臂与所述第二悬臂平行，所述第一悬臂、所述主体部和所述第二悬臂形成半包围结构，所述半包围结构的缺口为U形。

优选地，所述滑槽为圆弧形，所述滑槽位于所述第一悬臂与所述第二悬臂之间，通过改变所述第三吸盘在所述滑槽中的位置，调整所述第一吸盘与所述第二吸盘的连线与所述第一吸盘与所述第三吸盘的连线的夹角。

优选地，所述夹角的调整范围为30°至90°。

优选地，所述主体部还包括标尺，所述标尺位于所述滑槽与所述缺口之间，所述标尺上具有刻度以标识所述第三吸盘在所述滑槽的不同位置时所适用的晶圆类型。

优选地，所述机械臂还包括驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述第三吸盘在所述滑槽中移动。

优选地，所述驱动单元包括：横杆，位于所述缺口处，所述横杆的两端分别与所述第一悬臂和所述第二悬臂相连；连杆，所述连杆的一端与所述横杆的中部通过转动副相连，所述连杆的另一端通过夹具与所述第三吸盘的下端相连；其中，所述连杆的长度与所述滑槽的半径相匹配，通过电磁驱动所述连杆，使所述连杆摆动并带动所述第三吸盘在所述滑槽内移动。

优选地，所述驱动单元包括：齿轮，位于所述滑槽区域；电机，与所述齿轮相连，以驱动所述齿轮转动；圆弧形齿条，与所述主体部固定连接，所述圆弧形齿条与所述齿轮和所述滑槽相匹配；其中，所述齿轮在所述电机的驱动下沿所述圆弧形齿条移动，所述齿轮的移动轨迹与所述滑槽相对应，所述第三吸盘与所述齿轮相连并随所述齿轮移动。

优选地，所述驱动单元包括：齿轮，位于所述滑槽一侧；电机，与所述齿轮相连，以驱动所述齿轮转动；圆弧形齿条，与所述齿轮和所述滑槽相匹配，所述圆弧形齿条在所述齿轮的驱动下移动，所述圆弧形齿条的移动轨迹与所述滑槽相对应，所述第三吸盘与所述圆弧形齿条相连并随所述圆弧形齿条移动。

优选地，所述第一吸盘、所述第二吸盘和所述第三吸盘的上表面均突出于所述第一悬臂、所述第二悬臂和所述主体部的第一表面1mm-2mm。

优选地，所述第一吸盘、所述第二吸盘和所述第三吸盘的吸附孔的直径为2mm-3mm。

优选地，所述主体部还包括连接孔，所述连接孔远离所述主体部的晶圆承载区域，所述连接孔用于与探针台相连。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种半导体设备，其特征在于，包括如上任一项所述的机械臂。

优选地，该半导体设备还包括探针台，所述半导体设备用于对所述晶圆进行测试。

本实用新型提供的用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备，该机械臂采用了至少三个吸盘对晶圆进行多点承托和吸附，且其中一个吸盘的位置可根据需要进行调整和移动，使三个吸盘之间呈特定的夹角，使得其中一个吸盘位于晶圆易产生翘曲下垂的位置，通过该可移动吸盘，及多点承托的特定设计不仅能增强承托稳定性，使其可适用于多种不同类型的晶圆，同时还能进一步降低吸盘真空泄漏的概率。

进一步地，可移动吸盘的位置由驱动单元进行调整，可实现按需自动调节，无需人工操作；在该机械臂中，吸盘顶部略高于机械臂表面，可以防止晶圆背面直接与机械臂上表面接触，避免造成晶圆背面划痕或出现吸附印记。

进一步地，吸盘采用橡胶等弹性材料制成，可在机械臂进行上下片和真空吸附时起缓冲作用，进一步降低晶圆开裂和划痕风险，降低晶圆在转移或探针检测过程中损伤的风险。并且缩小了吸盘的吸附孔，使得吸附力更加集中，增强了吸附力，降低真空泄漏的概率。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了本实用新型第一实施例的机械臂的正面示意图；

图2示出了本实用新型第一实施例的机械臂的背面示意图；

图3示出了本实用新型第二实施例的机械臂的驱动单元的局部示意图；

图4示出了本实用新型第三实施例的机械臂的驱动单元的局部示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

应当理解，在描述结构时，当将一个部件、一个区域称为位于另一部件、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一部件、另一个区域上面，或者在其与另一部件、另一个区域之间还包含其它的部件或区域。并且，如果将零件翻转，该部件或区域将位于另一部件、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一部件、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

在下文中描述了本实用新型部分实施例的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸等，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1和图2分别示出了本实用新型第一实施例的机械臂的正面示意图和背面示意图，从两图中可见，该机械臂为U形机械臂，包括主体部110以及位于主体部110同一侧的第一悬臂120和第二悬臂130，第一悬臂120和第二悬臂130例如均为长条形，且第一悬臂120与第二悬臂130相平行，第一悬臂120、主体部110和第二悬臂130例如为一体成型，例如采用陶瓷材质，三者围成一半包围结构且三者的正面齐平形成统一的平面，该半包围结构具有缺口140，缺口140的形状例如为U形，主体部110在靠近缺口140的位置设置有滑槽113，滑槽113例如为圆弧形。该缺口140不仅可以降低主体部110的重量，增强机械臂的承托稳定性，还能节约制作材料。相比于Y形机械臂，该U形机械臂受力面积更大，承托更稳定，可满足大尺寸晶圆的要求。第一悬臂120在远离主体部110的一端设置有第一吸盘121，类似地，第二悬臂130在远离主体部110的一端设置有第二吸盘131，主体部110的滑槽113中设置有第三吸盘111，第三吸盘111可在滑槽113内移动，从而改变第一吸盘121与第二吸盘131的连线与第一吸盘121与第三吸盘111的连线之间的夹角，具体地，三个吸盘的吸附孔的直径例如均为2mm-3mm，例如采用橡胶材质，且突出于所述第一悬臂、所述第二悬臂和所述主体部的第一表面1mm-2mm。该夹角可在30°至90°的范围内调节，可以理解的是，根据晶圆类型的不同，晶圆翘曲的方向和角度也不同，夹角可以根据晶圆翘曲的角度进行相应调整。

进一步地，主体部110在滑槽113与缺口140之间的部分还设置有标尺114，标尺114的厚度例如小于主体部110的厚度，从而有效避让其他部件，降低机械臂的整体厚度。标尺114与滑槽113相匹配，标尺114在不同位置设置有不同的标识，以标出当第三吸盘111位于标识位置时所适用的晶圆类型、翘曲角度等信息。通过第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111形成可调节的三点式承托结构，使得该机械臂可以承托翘曲下垂的晶圆，增强承托吸附的稳定性。

进一步地，为了避免第三吸盘111在滑槽113内随意滑动，控制第三吸盘111在滑槽113内的位置，还设置有驱动单元以驱动第三吸盘111在滑槽113内进行固定。具体地，在缺口140的半圆位置设置有横杆151，横杆151的两端分别与第一悬臂120和第二悬臂130固定相连，横杆151例如垂直于第一悬臂120和第二悬臂130，在横杆151的中部设置有转动副152，连杆153的一端通过转动副152与横杆相铰接，使得连杆153可绕转动副152转动，连杆153的另一端通过夹具154与第三吸盘111的下端相连，转动副152与滑槽113的间距与连杆153的长度相匹配，连杆153的长度固定，转动副152通过电磁驱动连杆153，使连杆153以转动副152为中心进行摆动，从而带动连杆153另一端的第三吸盘111在滑槽113内移动，调整第三吸盘111在滑槽113中的位置。第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111例如均为喇叭形橡胶真空吸盘，吸盘下方通过管路与真空源相连，具体地，第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111例如分别通过第一管路122、第二管路132和第三管路112与真空源相连，三条管路之间及三个吸盘之间均为并联连接。第一管路122和第二管路132可以设置在第一悬臂120和第二悬臂130的背面，也可嵌入第一悬臂120和第二悬臂130之中。三条管路可以共用同一个真空泵一起控制，也可以由多个真空泵分别与对应的管路相连进行单独控制。

进一步地，由于第三吸盘111可在滑槽113内移动，故第三管路112选用柔性管路，其余两条管路例如采用陶瓷材料制成，第三管路112可进行一定程度的伸缩和形变，以随第三吸盘111在滑槽113内移动并保证管路畅通。第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111例如均略高于主体部110、第一悬臂120以及第二悬臂130的上表面1mm-2mm，以防止晶圆背面直接与上述三者的上表面接触，避免造成晶圆背面产生划痕或者吸附印记，降低晶圆损坏开裂风险。

主体部110背离第一悬臂120和第二悬臂130的另一侧边附近，在晶圆的非承载区域设置有连接孔115，通过该连接孔115可以将该机械臂与其他部件相连。具体地，该机械臂通过主体部110上的连接孔115采用螺栓与探针台固定连接，形成可对晶圆进行探针测试的半导体设备，机械臂上的各管路与探针台的真空管路相连，探针台可通过伺服电机驱动该机械臂进行移动，还可通过控制真空阀门的通断控制该机械臂上吸盘的吸附与否。

具体的，探针台驱动该机械臂移动至晶圆正下方，使得晶圆放置在机械臂上；当探针台的真空吸附阀门打开，其真空管路中会形成真空负压(例如为-80KPa)，该真空负压通过第一至第三管路分别传递至第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111；当晶圆的下表面贴近吸盘的上表面时，大气压与吸盘上的压力差会将晶圆推向吸盘，使得第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111吸附住晶圆的背面，从而将晶圆固定于机械臂上，实现了机械臂吸附和承载晶圆的功能；当探针台的真空吸附阀门关闭时，其真空管路中的真空负压消失，大气压与吸盘上的压力差消失，第一吸盘121、第二吸盘131和第三吸盘111解除对晶圆的吸附状态，实现晶圆的释放。

图3示出了本实用新型第二实施例的机械臂的驱动单元的局部示意图，其为该机械臂的背面示意图，并在图中略去了第一吸盘121、第一管路122、第二吸盘131和第二管路132等与第一实施例相同的部分，该第二实施例与第一实施例的不同之处重点在于驱动单元，在该第二实施例中，其驱动单元包括齿轮155，圆弧形齿条156以及用于驱动齿轮155的电机(图中未示出)，第三吸盘111的下端与齿轮155相连，齿轮155位于滑槽113下方。该圆弧形齿条156的形状和尺寸例如与滑槽113相匹配，圆弧形齿条156的两端还设置有限位结构，圆弧形齿条156固定于主体部110的背面，齿轮155可在电机驱动下沿圆弧形齿条156的方向移动，齿轮155的移动轨迹例如与滑槽113相匹配，从而带动齿轮155上的第三吸盘111在滑槽113内移动。该第二实施例中的圆弧形齿条156位于滑槽113与缺口140之间，在其他实施例中，圆弧形齿条156也可以位于滑槽113远离缺口140的一侧。当然地，还可直接将滑槽113的一侧壁设置为与圆弧形齿条156类似的齿状，齿轮155设置在滑槽113内。还可将齿轮155和圆弧形齿条156互换，即采用如图4所示的类似的结构，在图4所示的第三实施例中，齿轮155的位置相对主体部110固定，同样驱动齿轮155转动，圆弧形齿条156沿滑槽113方向移动，并由圆弧形齿条156带动第三吸盘111在滑槽113内移动，图4中的齿轮155和圆弧形齿条156位于滑槽113与缺口140之间，当然地，也可将齿轮155和圆弧形齿条156设置在滑槽113远离缺口140的一侧，或者直接将圆弧形齿条156设置在滑槽113中。又或者在所述滑槽113中设置特定卡槽，采用人工的方式对第三吸盘111的位置进行调整。进一步地，还可设置保护壳，将齿轮155和圆弧形齿条156扣在保护壳中，防止齿轮155和圆弧形齿条156从主体部110背面掉出，也可防止齿轮和圆弧形齿条传动磨损产生碎屑对晶圆造成污染。

本实用新型提供的用于吸附晶圆的机械臂及半导体设备，该机械臂采用了至少三个吸盘对晶圆进行多点承托和吸附，且其中一个吸盘的位置可根据需要进行调整和移动，使三个吸盘之间呈特定的夹角，使得其中一个吸盘位于晶圆易产生翘曲下垂的位置，通过该可移动吸盘，及多点承托的特定设计不仅能增强承托稳定性，使其可适用于多种不同类型的晶圆，同时还能进一步降低吸盘真空泄漏的概率。

进一步地，可移动吸盘的位置由驱动单元进行调整，可实现按需自动调节，无需人工操作；在该机械臂中，吸盘顶部略高于机械臂表面，可以防止晶圆背面直接与机械臂上表面接触，避免造成晶圆背面划痕或出现吸附印记。

进一步地，吸盘采用橡胶等弹性材料制成，可在机械臂进行上下片和真空吸附时起缓冲作用，进一步降低晶圆开裂和划痕风险，降低晶圆在转移或探针检测过程中损伤的风险。并且缩小了吸盘的吸附孔，使得吸附力更加集中，增强了吸附力，降低真空泄漏的概率。

在以上的描述中，对于各部件的位置组合、连接方式等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需连接关系等。另外，为了具有同一功能，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的结构并不完全相同的结构。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等效限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于吸附晶圆的机械臂，其特征在于，包括主体部以及位于主体部同一侧的第一悬臂和第二悬臂，其中，所述第一悬臂上设置有第一吸盘，所述第二悬臂上设置有第二吸盘，所述主体部上设置有滑槽，所述滑槽中设置有第三吸盘，所述第三吸盘可沿所述滑槽移动。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，还包括第一管路、第二管路和第三管路，其中，所述第一管路与所述第一吸盘相连，所述第二管路与所述第二吸盘相连，所述第三管路与所述第三吸盘相连，所述第一管路、所述第二管路和所述第三管路间为并联连接，所述第三管路为柔性管路，可随所述第三吸盘在所述滑槽内移动。

3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一悬臂与所述第二悬臂平行，所述第一悬臂、所述主体部和所述第二悬臂形成半包围结构，所述半包围结构的缺口为U形。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述滑槽为圆弧形，所述滑槽位于所述第一悬臂与所述第二悬臂之间，通过改变所述第三吸盘在所述滑槽中的位置，调整所述第一吸盘与所述第二吸盘的连线与所述第一吸盘与所述第三吸盘的连线的夹角。

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述夹角的调整范围为30°至90°。

6.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述主体部还包括标尺，所述标尺位于所述滑槽与所述缺口之间，所述标尺上具有刻度以标识所述第三吸盘在所述滑槽的不同位置时所适用的晶圆类型。

7.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，还包括驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述第三吸盘在所述滑槽中移动。

8.根据权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述驱动单元包括：

横杆，位于所述缺口处，所述横杆的两端分别与所述第一悬臂和所述第二悬臂相连；

连杆，所述连杆的一端与所述横杆的中部通过转动副相连，所述连杆的另一端通过夹具与所述第三吸盘的下端相连；

其中，所述连杆的长度与所述滑槽的半径相匹配，通过电磁驱动所述连杆，使所述连杆摆动并带动所述第三吸盘在所述滑槽内移动。

9.根据权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述驱动单元包括：

齿轮，位于所述滑槽区域；

电机，与所述齿轮相连，以驱动所述齿轮转动；

圆弧形齿条，与所述主体部固定连接，所述圆弧形齿条与所述齿轮和所述滑槽相匹配；

其中，所述齿轮在所述电机的驱动下沿所述圆弧形齿条移动，所述齿轮的移动轨迹与所述滑槽相对应，所述第三吸盘与所述齿轮相连并随所述齿轮移动。

10.根据权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述驱动单元包括：

齿轮，位于所述滑槽一侧；

电机，与所述齿轮相连，以驱动所述齿轮转动；

圆弧形齿条，与所述齿轮和所述滑槽相匹配，所述圆弧形齿条在所述齿轮的驱动下移动，所述圆弧形齿条的移动轨迹与所述滑槽相对应，所述第三吸盘与所述圆弧形齿条相连并随所述圆弧形齿条移动。

11.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一吸盘、所述第二吸盘和所述第三吸盘的上表面均突出于所述第一悬臂、所述第二悬臂和所述主体部的第一表面1mm-2mm。

12.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一吸盘、所述第二吸盘和所述第三吸盘的吸附孔的直径为2mm-3mm。

13.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述主体部还包括连接孔，所述连接孔远离所述主体部的晶圆承载区域，所述连接孔用于与探针台相连。

14.一种半导体设备，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的机械臂。

15.根据权利要求14所述的半导体设备，其特征在于，还包括探针台，所述半导体设备用于对晶圆进行测试。

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