CN220253222U - 一种晶圆传输末端执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种晶圆传输末端执行器，包括执行器本体，所述执行器本体上设有真空吸附单元，所述真空吸附单元包括设置在所述执行器本体上的基板和若干吸附孔，所述吸附孔呈圆弧形分布；所述吸附孔周围设置有相互连通的树枝状吸盘。本实用新型通过设置吸附孔呈圆弧形分布，吸附孔周围设置相互连通的树枝状吸盘，形成更大的合围有效吸附区域，与现有的三角分布吸盘设计相比，吸附点更多，吸附更加均匀，解决了超薄晶圆在搬运过程中容易翘曲，抓取困难的问题。

Description

一种晶圆传输末端执行器

技术领域

本实用新型涉及半导体芯片制备技术领域，特别是一种晶圆传输末端执行器。

背景技术

晶圆传输装置主要用于半导体芯片制造过程中各个工艺模块间精确、快速、稳定地传输并定位晶圆。其中搬运机械臂中的末端执行器，是机器人用于执行动作的关键部件，依据执行动作的不同而结构也不尽相同。目前，常用的晶圆夹持方式有真空吸附式和边缘夹持式，真空吸附式末端执行器与晶圆的接触方式为吸盘接触晶圆上表面或者下表面，通过吸盘的真空吸力抓取固定晶圆。边缘夹持式末端执行器是通过气缸夹持动作和限位块共同作用抓取晶圆，将晶圆限定在限位块和气缸的夹持滚轮之间。

随着半导体制造工艺的进步和成本控制的需求，晶圆的外径在不断加大，从8英寸，12英寸到18英寸，而晶圆的厚度在不断降低，从750μm，到150μm，100μm，这就对晶圆的搬运提出了更高的要求，特别是超薄晶圆(150μm，100μm)，在加工工艺的刻蚀、温度均匀化等工序中会使超薄晶圆发生翘曲等现象。夹持式末端执行器利用气缸收缩限位块来夹住晶圆，如图1所示，由于超薄晶圆本身柔韧性极佳，无法提供被夹持的支撑性，因此夹持式末端执行器无法胜任超薄晶圆的搬运工作。现有的真空吸附式末端执行器，如图2所示，具有3个呈三角形分布的吸盘，这3个吸盘合围形成的有效吸附区域为直径142mm，周边大量的区域还是处于悬空状态，也无法胜任超薄晶圆的搬运工作。

实用新型内容

针对现有技术所存在的不足，本实用新型提供了一种针对大尺寸、薄晶圆的真空吸附式末端执行器，能够提高末端执行器的有效吸附区域，解决了超薄晶圆容易翘曲，抓取困难的问题。

其解决问题的技术方案如下：

本实用新型提供一种晶圆传输末端执行器，包括执行器本体，所述执行器本体上设有真空吸附单元，所述真空吸附单元包括设置在所述执行器本体上的基板和若干吸附孔，所述吸附孔呈圆弧形分布；所述吸附孔周围设置有相互连通的树枝状吸盘。

在本实用新型的一些实施方式中，所述树枝状吸盘包括一条主干和若干分支，所述主干沿吸附孔所在的圆弧形延伸方向分布，每个分支均包括内侧分支和外侧分支，所述内侧分支和所述外侧分支关于吸附孔所在的圆弧形成轴对称分布。

在本实用新型的一些实施方式中，所述吸附孔的分布位置与所述分支与主干的交汇处一一对应。

在本实用新型的一些实施方式中，所述分支的末端呈圆弧形。

在本实用新型的一些实施方式中，所述基板为圆环形，所述吸附孔所在的圆弧形与所述圆环形的中心线一致。

在本实用新型的一些实施方式中，所述执行器本体还包括与机械臂连接的连接端，基板上与所述连接端相对的位置设有扇环形开口。

在本实用新型的一些实施方式中，所述树枝状吸盘包括内圈和外圈。

在本实用新型的一些实施方式中，所述内圈和所述外圈高度相同，且凸出于所述执行器本体所在平面。

在本实用新型的一些实施方式中，所述内圈和所述外圈凸出于所述执行器本体所在平面的高度为0.2～0.5mm。

在本实用新型的一些实施方式中，所述执行器本体内部设有与所述吸附孔连通的气路。

在本实用新型的一些实施方式中，所述执行器本体的材质选自陶瓷或铝合金。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型提供的晶圆传输末端执行器，通过设置吸附孔呈圆弧形分布，吸附孔周围设置相互连通的树枝状吸盘，形成更大的合围有效吸附区域，有效吸附区域的直径可达202mm及以上，与现有的三角分布吸盘设计相比，吸附点更多，吸附更加均匀，解决了超薄晶圆在搬运过程中容易翘曲，抓取困难的问题。

2.本实用新型提供的晶圆传输末端执行器，通过在圆环形末端执行器本体上设置扇环形开口，在保证吸附效果的同时，能够减轻末端执行器的重量，方便抓取晶圆。

3.本实用新型提供的晶圆传输末端执行器，能够均匀、稳定地吸附大尺寸超薄晶圆，降低晶圆碎片率，适用于直径为300～450mm、厚度为100～150μm的超薄晶圆搬运工作。

附图说明

图1为现有夹持式末端执行器搬运超薄晶圆的效果图。

图2为现有吸附式末端执行器搬运超薄晶圆的示意图。

图3为本实用新型一实施例提供的末端执行器的俯视图。

图4为本实用新型一实施例提供的末端执行器的立体图。

图5为本实用新型一实施例提供的末端执行器搬运超薄晶圆的示意图。

图6为与本实用新型提供的末端执行器配套使用的预对准器的结构示意图。

图7为本实用新型提供的末端执行器放置晶圆到预对准器的状态一示意图。

图8为本实用新型提供的末端执行器放置晶圆到预对准器的状态二示意图。

图9为本实用新型提供的末端执行器放置晶圆到预对准器的状态三示意图。

图10为本实用新型提供的末端执行器放置晶圆到预对准器的状态四示意图。

附图标记：1-执行器本体；11-连接端；2-真空吸附单元；21-基板；22-吸附孔；23-吸盘；231-主干；232-分支；232a-内侧分支；232b-外侧分支；23a-外圈；23b-内圈；3-扇环形开口；JY-晶圆外圈；XF-有效吸附区域；PA-预对准器；4-PA两侧支架；5-PA中心支架。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

一种晶圆传输末端执行器，如图3和图4所示，包括执行器本体1，所述执行器本体1上设有真空吸附单元2，所述真空吸附单元2包括设置在所述执行器本体1上的基板21和若干吸附孔22，所述吸附孔22呈圆弧形分布；所述吸附孔22周围设置有相互连通的树枝状吸盘23。本实用新型中，通过设置呈圆弧形分布的吸附孔22和设置在吸附孔22周围的相互连通的树枝状吸盘23，增大了吸附时末端执行器本体1与晶圆间的接触面积，形成更大的合围有效吸附区域，与现有的吸盘呈三角形分布的末端执行器(如图2所示)设计相比，吸附点更多，吸附更加均匀，能够满足大尺寸(例如，直径300～450mm)、薄晶圆(例如，厚度100～150μm)的搬运工作要求。本实用新型中，所述基板21可以为执行器本体1的一部分。本实用新型中，所述吸附孔22的数量优选为大于等于3，可以为3、4、5、6、7、8、10、15、20或更多；优选地，所述吸附孔22在所述圆弧形上均匀分布，吸附作用更加均匀。本实用新型中，所述树枝状吸盘23的侧边闭合，从而使得在对晶圆进行吸附时，树枝状吸盘23内可以形成由晶圆、树枝状吸盘23和执行器本体1形成的密闭空间。本实用新型中，所述树枝状吸盘23的材质不限，能够实现相应的功能即可，优选为橡胶材质。

在本实用新型的一些实施例中，如图4所示，所述吸附孔22的数量为15个，沿圆弧形均匀分布，所述圆弧形的直径为163mm，所述树枝状吸盘23外围形成的有效吸附区域XF为直径202mm的圆，直径为300mm的晶圆放置在末端执行器本体1上时，晶圆外圈JY与有效吸附区域XF的对比如图5所示，与现有真空吸附式末端执行器(图2所示)3个吸盘合围形成的有效吸附区域为直径142mm相比，吸附更均匀，吸附点更多，能够用于直径300mm，350mm，375mm，400mm，425mm，450mm规格的晶圆搬运工作。在本实用新型的一些实施例中，当吸附孔22的数量较多时，可以采用同心圆弧形阵列的分布方式，例如吸附孔22为35个时，可以设置为内圈圆弧15个，外圈圆弧20个。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，在所述树枝状吸盘23包括一条主干231和若干分支232，所述主干231沿吸附孔22所在的圆弧形延伸方向分布，每个分支232均包括内侧分支232a和外侧分支232b，所述内侧分支232a和所述外侧分支232b关于吸附孔22所在的圆弧形成轴对称分布。本实用新型通过将树枝状吸盘23的主干设置为沿吸附孔22所在的圆弧形延伸方向分布，内侧分支232a和外侧分支232b关于吸附孔22所在的圆弧形成轴对称分布，使得树枝状吸盘23的分布更加均匀，避免吸附晶圆过程中由于吸附不均匀导致薄晶圆无法与吸附面贴合，减少因局部受力发生碎片的现象。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，所述吸附孔22的分布位置与所述分支232与主干231的交汇处一一对应，使得树枝状吸盘23对晶圆的吸附更加均匀、牢固。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，所述吸附孔22所在的圆弧形为轴对称图形，所述分支232的朝向关于所述吸附孔22所在圆弧形的对称线对称，并由所述对称线分为上段圆弧和下端圆弧，位于对称线上的分支232水平分布，位于上段圆弧的分支232开口朝向为逆时针方向，位于下段圆弧的分支232开口朝向为顺时针方向，使得吸附力均匀分布，传输晶圆时抓取更加牢固。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，所述分支232的末端呈圆弧形，这是由于相同面积下圆的周长最短，在吸附面积一样的情况下，圆弧形的周长最短，分支232和晶圆接触的长度也最短，并且圆弧形加工也最方便。

在本实用新型的一些实施例中，如图3～图5所示，所述基板21为圆环形，所述吸附孔22所在的圆弧形与所述圆环形的中心线一致，通过将基板21设置为圆环形，能够减轻末端执行器的自重，吸附孔22沿圆环形基板21的中心线分布，使得所产生的吸附力在晶圆的分布更加均匀，提高了运输晶圆的稳定性，防止晶圆因受力不均而导致晶圆脱落或损坏。

在本实用新型的一些实施例中，如图3～图5所示，所述执行器本体1还包括与机械臂连接的连接端11，所述基板21上与所述连接端11相对的位置设有扇环形开口3。本实用新型中所述连接端11可以为所述执行器本体1向外延伸形成的手柄部。本实用新型中所述扇环形开口3的设置，能够进一步减轻末端执行器的自重。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，所述树枝状吸盘23包括内圈23a和外圈23b。优选地，所述内圈23a与所述外圈23b之间的距离为2mm。

在本实用新型的一些实施例中，所述内圈23a和所述外圈23b高度相同，且凸出于所述执行器本体1所在平面。优选地，所述内圈23a和所述外圈23b凸出于所述执行器本体1所在平面的高度为0.2～0.5mm。

在本实用新型的一些实施例中，所述执行器本体1内部设有与所述吸附孔22连通的气路，用于连接真空设备产生负压，对晶圆进行吸附。本实用新型中所述气路没有特殊限制，能够实现相应的功能即可。

在本实用新型的一些实施例中，所述执行器本体1的材质选自陶瓷或铝合金，优选为陶瓷。

本实用新型一实施例提供的末端执行器吸附晶圆的过程如下：启动真空设备的真空泵，将晶圆放置到末端执行器本体1上的真空吸附单元2上，如图4所示，所述基板21为圆环形，基板21的圆心与晶圆圆心对应，由于所述吸附孔22所在的圆弧形与所述圆环形的中心线一致，打开真空吸附电磁阀，此时，树枝状吸盘2内的气体经吸附孔22和与吸附孔连通的气路排出，使得树枝状吸盘2的主干231及分支21与晶圆、基板21(执行器本体1)共同形成合围的有效吸附区域XF中产生负压，从而实现晶圆的紧密吸附。

本实用新型提供的末端执行器放置晶圆到预对准器PA的过程如下：首先，如图6和图7所示，末端执行器吸附着晶圆移动到对准器PA上方，到达设定位置，晶圆机器人关闭末端执行器真空吸附电磁阀，末端执行器下降，由于对准器PA两侧支架4的内圈比末端执行器的外圈稍大，而晶圆的直径又大于PA两侧支架的内圈，因此晶圆被PA两侧支架4托住并留在两侧支架上；然后，如图8所示，末端执行器高度继续下降至PA两侧支架4与中心支架5之间，末端执行器平移退出PA，如图9所示；最后，如图10所示，PA两侧支架下降，晶圆被中心支架5托住，打开PA真空吸附电磁阀，晶圆被牢固吸附在中心支架5上，PA开始寻找缺口和中心偏置信息。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆传输末端执行器，其特征在于，包括执行器本体(1)，所述执行器本体(1)上设有真空吸附单元(2)，所述真空吸附单元(2)包括设置在所述执行器本体(1)上的基板(21)和若干吸附孔(22)，所述吸附孔(22)呈圆弧形分布；所述吸附孔(22)周围设置有相互连通的树枝状吸盘(23)。

2.根据权利要求1所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述树枝状吸盘(23)包括一条主干(231)和若干分支(232)，所述主干(231)沿吸附孔(22)所在的圆弧形延伸方向分布，每个分支(232)均包括内侧分支(232a)和外侧分支(232b)，所述内侧分支(232a)和所述外侧分支(232b)关于吸附孔(22)所在的圆弧形成轴对称分布。

3.根据权利要求2所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述吸附孔(22)的分布位置与所述分支(232)与主干(231)的交汇处一一对应；和/或，所述分支(232)的末端呈圆弧形。

4.根据权利要求1所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述基板(21)为圆环形，所述吸附孔(22)所在的圆弧形与所述圆环形的中心线一致。

5.根据权利要求4所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述执行器本体(1)还包括与机械臂连接的连接端(11)，所述基板(21)上与所述连接端(11)相对的位置设有扇环形开口(3)。

6.根据权利要求1所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述树枝状吸盘(23)包括内圈(23a)和外圈(23b)。

7.根据权利要求6所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述内圈(23a)和所述外圈(23b)高度相同，且凸出于所述执行器本体(1)所在平面。

8.根据权利要求7所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述内圈(23a)和所述外圈(23b)凸出于所述执行器本体(1)所在平面的高度为0.2～0.5mm。

9.根据权利要求1所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述执行器本体(1)内部设有与所述吸附孔(22)连通的气路。

10.根据权利要求1～9任一项所述的晶圆传输末端执行器，其特征在于，所述执行器本体(1)的材质选自陶瓷或铝合金。