TWI610397B - 機械手臂及基板的抓取方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種機械手臂及基板的抓取方法，即透過所述機械手臂取放位於基板存放區域中的基板。其中，所述機械手包括：機械手盤、設置於所述機械手盤上的接觸墊和吸附裝置，並且，在所述機械手臂取放基板時，位於基板存放區域內的機械手臂的厚度為機械手盤的厚度與接觸墊的厚度之和。與現有的機械手臂相比，本發明提供的機械手臂在取放基板時，於基板存放區域中需佔用的空間較小，從而可在不改變機械手臂原有的精度的基礎上，減小對基板造成刮傷的風險。

Description

機械手臂及基板的抓取方法

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種機械手臂及基板的抓取方法。

由於機械手臂能夠接收指令並可根據接收到的指令而執行相應的動作，因此在半導體的製造領域中，通常採用機械手臂在基板存放區域和加工設備之間傳送基板，以實現自動化生產。

例如，在對晶圓的加工過程中，所述晶圓被放置於卡匣(cassette)內，並利用機械手臂在卡匣中抓取晶圓並將所述晶圓傳送至加工設備中。圖1為現有技術中機械手臂抓取位於卡匣內的晶圓的結構示意圖，如圖1所示，所述卡匣30設置有多個用於承載晶圓的卡槽31。當機械手臂20在取放晶圓時，需對準相鄰兩個卡槽31之間的間隙，並移動至所述間隙內以取放晶圓。然而，由於卡匣10中相鄰兩個卡槽31之間的距離a較小，並且機械手臂20也具有一定的厚度b，因此，所述機械手臂20在取放晶圓時，可允許產生的位移偏差的範圍有限。當機械手臂的位移偏差過大時，則極容易發生機械手臂刮傷晶圓的問題。尤其隨著半導體行業的發展，卡匣的尺寸趨於減小，這也將更進一步的加大機械手臂刮傷晶圓的風險。同時，由於厚度的限制，現有的機械手臂的使用也將受到極大的限制。

本發明的目的在於提供一種機械手臂及基板的抓取方法，以改善機械手臂在取放基板時刮傷基板的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種機械手臂，透過所述機械手臂取放位於基板存放區域中的基板，其中，所述機械手包括：機械手盤、設置於所述機械手盤上的接觸墊和吸附裝置，所述接觸墊用於支撐基板，所述吸附裝置用於吸附固定基板，在所述機械手臂取放基板時，位於基板存放區域內的機械手臂的厚度為機械手盤的厚度與接觸墊的厚度之和。

本發明的另一目的在於提供一種基板的抓取方法，包括：提供一如上所述的機械手臂，移動所述機械手臂至基板存放區域內，其中位於基板存放區域內的機械手臂的厚度為機械手盤的厚度與接觸墊的厚度之和，並採用接觸墊支撐所述基板；採用吸附裝置吸附固定基板。

本發明提供的機械手臂中，透過一吸附裝置固定基板，以確保基板可被穩固的支撐於機械手臂上。並且在採用所述機械手臂取放基板時，所述吸附裝置的存在並不會增加機械手臂在基板存用放區域中所佔用的空間，使位於基板存放區域內的機械手臂的總厚度僅包括機械手盤的厚度以及接觸墊的厚度，即減小了機械手臂在基板存放區域中的佔用空間，進而使所述機械手臂可允許產生的位移偏差的範圍更大，如此可在不改變機械手臂原有的精度的基礎上，減小對基板造成刮傷的風險。

進一步的，由於本發明提供的機械手臂在取放基板時所佔用的空間較小，因此在基板存放區域的空間較小的情況下，例如針對尺寸較 小的卡匣，即可配合本發明提供的機械手臂取放基板，以保障基板的取放安全。

10‧‧‧晶圓

20‧‧‧機械手臂

21‧‧‧機械手盤

22‧‧‧支撐塊

22a‧‧‧平面

22b‧‧‧平面

30‧‧‧卡匣

31‧‧‧卡槽

100‧‧‧基板

200‧‧‧機械手臂

210‧‧‧機械手盤

220‧‧‧接觸墊

230‧‧‧吸附裝置

231‧‧‧吸盤

232‧‧‧驅動裝置

200’‧‧‧機械手臂

230’‧‧‧吸附裝置

231’‧‧‧吸盤

232’‧‧‧通氣孔

圖1為現有技術中機械手臂抓取位於卡匣內的晶圓的結構示意圖；圖2為現有技術中機械手臂承載晶圓的結構示意圖；圖3為本發明實施例一中的機械手臂的結構示意圖；圖4為本發明實施例一中的機械手臂承載基板的結構示意圖圖5為本發明實施例二中的機械手臂的結構示意圖；圖6為本發明提供的基板的抓取方法的流程示意圖；圖7為利用本發明提供的機械手臂抓取位於卡匣內的基板的結構示意圖。

如背景技術所述，在半導體行業中，通常採用機械手臂於基板存放區域內取放基板。例如在對晶圓的加工過程中，所述晶圓通常放置於卡匣中，並透過機械手臂於卡匣中取放晶圓。然而，由於受到卡匣中相鄰的兩個卡槽之間的間距a以及機械手臂的厚度b的限制，極易發生機械手臂在取放晶圓時刮傷晶圓的問題。為此，當然可以透過直接消減機械手臂的厚度，以增加所述機械手臂可允許產生的位移偏差的範圍，進而減小機械手臂刮傷基板的風險。但是，在不改變機械手臂的構造的基礎上，所述機械手臂的厚度並不能夠無限制的消減。

相應的，以抓取晶圓的機械手臂為例，圖2為現有技術中的 機械手臂承載晶圓的結構示意圖，參考圖2所示，所述機械手臂包括一機械手盤21以及設置於所述機械手盤21上的支撐塊22，所述支撐塊22上具有一凹台，所述凹台構成了平面22a和平面22b，所述平面22a用於支撐晶圓10，所述平面22b用於卡住晶圓10以防止晶圓發生晃動。如圖2所示，所述機械手盤21需具有一定的厚度b1以確保能夠承載整個晶圓10的重量；其次，在晶圓10的形變量的範圍內，為保證在支撐晶圓10的過程中，所述晶圓10的中心區域不會與機械手盤21接觸，則所述支撐塊22也需具備一定的厚度b2。如此，在不改變機械手臂20的結構的基礎上，很難再對機械手臂20的厚度進行消減。

為此，本申請的發明人提供了一種機械手臂，所述機械手臂在確保能夠對基板進行支撐及固定的基礎上，可改善機械手臂對基板造成刮傷的問題。

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的機械手臂及其抓取基板的方法作進一步詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

實施例一：

圖3為本發明實施例一中的機械手臂的結構示意圖，圖4為本發明實施例一中機械手臂承載基板的結構示意圖，在本實施例中，基板為晶圓。結合圖3和圖4所示，所述機械手臂200包括：機械手盤210、設置於機械手盤210上的接觸墊220和吸附裝置230。其中，所述機械手盤210承載整個基板100的重量，其具有一定的厚度c1；所述接觸墊220與基板100接觸 並支撐基板以減小基板100與機械手盤210的接觸面積，並且在考慮到基板100的形變量的基礎上，所述接觸墊220同樣也需具備一定的厚度c2；所述吸附裝置230用於吸附固定基板100，防止基板100發生晃動。並且，在所述機械手臂200於基板存放區域中取放基板100時，位於基板存放區域內的機械手臂的厚度c為機械手盤的厚度c1與接觸墊的厚度c2之和。

與現有技術相比，當採用本發明提供的機械手臂200取放基板100時，位於基板存放區域內的機械手臂200的厚度c僅包括機械手盤210的厚度c1以及接觸墊的厚度c2，從而可減小機械手臂200在基板存放區域中的佔用空間，進而使所述機械手臂200可允許產生的位移偏差的範圍更大，如此可在不改變機械手臂200原有的精度的基礎上，減小對基板100造成刮傷的風險。進一步的，由於本發明提供的機械手臂200在取放基板100時所佔用的空間較小，因此在基板存放區域的空間較小的情況下，例如針對尺寸較小的卡匣，即可配合本發明提供的機械手臂200取放基板100，以進一步保障基板100的取放安全。此外，本發明提供的機械手臂200中，透過一吸附裝置230實現對基板100的固定，避免基板100在傳送過程中產生晃動，即，本發明提供的機械手臂200即可穩固地支撐基板100，又能夠降低所述機械手臂200在選取基板100時刮傷基板100的風險。

本實施例中，所述機械手盤210可以為Y型結構，於Y型結構的三個頂點上均設置有接觸墊220，並且，在其中一個頂點上設置有吸附裝置230。

繼續參考圖3和圖4所示，所述吸附裝置230為可移動吸附裝置，所述吸附裝置230沿相對於機械手臂200的運動方向移動，即本實施例 中，當所述機械手臂200沿X軸的正方向移動，則相應的所述吸附裝置230沿X軸的負方向移動。當採用所述機械手臂200取放基板100時，透過移動吸附裝置230的位置，以使所述吸附裝置230始終位於基板存放區域的外部，從而可摒除吸附裝置230對機械手臂200在基板存放區域中的佔用空間的影響。

進一步的，所述吸附裝置230包括至少一個吸盤231以及用於驅動所述吸盤231移動的驅動裝置232。當機械手臂200上承載基板100之後，所述驅動裝置232隨即驅動所述吸盤231移動至基板100的邊緣位置以吸附固定基板100。本實施例中，所述吸附裝置230具有兩個吸盤231，在吸附固定基板時，兩個所述吸盤231分別位於基板100的上表面和下表面。進一步的，所述吸盤231上具有至少一個通氣孔，並透過所述通氣孔與一抽真空裝置(圖中未示出)連接，即所述抽真空裝置透過通氣孔抽取位於所述吸盤231和基板100之間的氣體，使吸盤231和基板100之間形成一真空狀態進而實現對基板100的吸附固定。優選的，所述吸盤231的形狀與所述基本的形狀相匹配。例如，在本實施例中，所述機械手臂200用於取放晶圓，即基板100的形狀為圓形，則相應的所述吸盤231的形狀可以為圓弧形。如圖3所示，圓弧形的吸盤231沿著基板100的邊緣並在可允許的區域範圍內吸附固定基板100，其中，所述吸盤231與基板100的接觸區域g可以為從基板100的邊緣至中心2~5mm範圍內，從而可避免對基板100中的有效區域造成影響，其中有效區域例如為晶圓中的用於形成晶片的區域。

繼續參考圖3和圖4所示，本實施例中，於所述機械手盤210上設置有四個所述接觸墊220，透過四個所述接觸墊220於基板100的四個位 置支撐基板100，從而可避免基板100與機械手盤210接觸，以防止機械手盤210與基板100的下表面發生摩擦而刮傷基板。其中，所述接觸墊220可以為任意形狀，例如為矩形、圓形或橢圓形等。本實施例中，所述接觸墊220為圓形，優選的，所述圓形的接觸墊220的直徑範圍可以為8~12mm，其原因在於，若接觸墊220的面積過小，則在基板100中與接觸墊220接觸的位置上，會產生較大的接觸應力，進而使基板100的形成量增大；若接觸墊220的面積過大，則會相應的增大其與基板100的接觸面積。優選的，在考慮到基板100的形變量的基礎上，所述接觸墊220的厚度可以為1~2mm，即，所述接觸墊220具有一定的厚度，從而可避免由於基板100的形變而使基板100的中間區域接觸到機械手盤210，並被所述機械手盤210刮傷的問題。此外，為改善由於接觸墊220與基板之間的摩擦而可能刮傷基板的問題，所述接觸墊220可採用聚醚醚酮樹脂(Peek)製成。一方面，聚醚醚酮樹脂具有良好的抗壓性能，因此不會出現接觸墊220由於受壓變形而無法支撐基板100的問題；另一方面，聚醚醚酮樹脂還具有自潤滑效果，因此由聚醚醚酮樹脂製成的接觸墊220與基板100之間具有較低的摩擦係數，從而可減小接觸墊220刮傷基板100的風險。

實施例二：

圖5為本發明實施例二中的機械手臂的結構示意圖。如圖5所示，與實施例一的區別在於，本實施例中，所述吸附裝置230’固定設置於機械手盤210上，並透過吸附基板100的下表面以實現對基板100的固定，其中所述吸附裝置230’的厚度小於接觸墊220的厚度。即，本實施例中，由於所述吸附裝置230’用於吸附基板100的下表面，當接觸墊220支撐基板100 時，則同時所述吸附裝置230’也相應的位於基板100的下方，因此，將吸附裝置230’直接固定於機械手盤210上仍能夠實現對基板100的吸附功能，從而使機械手臂200’的結構更為簡單。此外，由於吸附裝置230’的厚度小於接觸墊220的厚度，因此所述吸附裝置230’的存在並不會影響所述機械手臂200’的整體厚度，在取放基本100時，位於基板存放區域內的機械手臂200’的厚度c仍然為機械手盤210的厚度c1與接觸墊220的厚度c2之和。

具體的，所述吸附裝置230’包括至少一個吸盤231’，與實施例一類似，所述吸盤231’也可以與一抽真空裝置(圖中未示出)連接，進而可透過抽真空的方式吸附固定基板100。相應的，本實施例中，在所述吸盤231’上也可設置至少一個通氣孔232’，抽真空裝置透過所述通氣孔232’抽取吸盤230’與基板之間的氣體。

此外，本實施例中，由於所述吸附裝置230’吸附基板100的下表面，並且通常基板100的下表面對基板100的加工影響較小，例如晶圓的加工過程中，基板100的上表面是形成晶片時的主要加工區域，因此，所述吸附裝置230’可設置於機械手盤210的任意區域，例如可設置於機械手盤210的中心區域，或者也可與實施例一類似，將所述吸附裝置230’設置於Y型機械手盤210的一個頂點上，並採用和實施例一種類似的形狀和尺寸等。

當然，為進一步加強所述吸附裝置230’對基板100的固定強度，也可在所述機械手盤210上設置多個吸盤231’，透過多個所述吸盤231’分別對基板100進行吸附固定。或者，也可以透過增加吸盤231’的面積以加強對基板100的固定強度等。

此外，根據以上所述的機械手臂，本發明還提供一種抓取基 板的方法。圖6為本發明提供的基板的抓取方法的流程示意圖，如圖6所示，所述基板的抓取方法，包括：步驟S01，提供一如上所述的機械手臂，移動所述機械手臂至基板存放區域內，其中位於基板存放區域內的機械手臂的厚度為機械手盤的厚度與接觸墊的厚度之和，並採用所述機械手臂中的接觸墊支撐待選取的基板；步驟S02，採用吸附裝置吸附固定基板。

與利用傳統的機械手臂抓取基板的方法相比，本發明提供的基板的抓取方法中，移動至基板存放區域內的機械手臂的厚度僅包括機械手盤的厚度和接觸墊的厚度，因此所述機械手臂在基板存放區域內所佔用的空間較小，即相應的可增加機械手臂在取放基板時可允許發生的位移偏差的範圍，從而可在不改變機械手臂的定位精度的情況下，改善機械手臂刮傷基板的問題。此外，本發明提供的基板的抓取方法中，還包括採用吸附裝置吸附固定基板，以確保在傳送過程中可穩固的支撐基板。

下面以抓取卡匣內的基板為例，對本發明提供的基板的抓取方法做進一步詳細說明。圖7為利用本發明提供的機械手臂抓取位於卡匣內的基板的結構示意圖。

結合圖6及圖7所示，步驟S01中，移動機械手臂200至卡匣30內，並採用接觸墊220支撐所述基板100。其中，所述卡匣30中設置有多個用於承載基板100的卡槽31。具體的，所述機械手臂200沿X方向移動至相鄰兩個卡槽31之間的間隙中，並可透過調整機械手臂200的高度，使機械手臂200上接觸墊220接觸並支撐基板100。

如背景技術所述，隨著半導體行業的發展，所述卡匣30的尺寸趨於減小，其中，根據卡匣30中相鄰兩個卡槽31之間的距離(卡槽間距)a的不同，目前就已存在多種不同的卡匣。例如，用於存放晶圓的卡匣，目前至少存在有卡槽間距a為4.5mm的卡匣以及卡槽間距a為7.5mm的卡匣。而對於卡槽間距a為4.5mm的卡匣而言，當採用傳統的機械手臂進行取放晶圓時，則極易導致其刮傷基板的問題。具體可參考圖2所示，傳統的機械手臂20為保證可以承載整個晶圓的重量，並且具備支撐並固定晶圓的作用，所述機械手臂20的機械手盤21及支撐塊22都需具有一定的厚度，並且在取放晶圓時，所述機械手盤21以及支撐塊22均需進入卡匣30內。其中，所述機械手盤21的厚度通常為2mm，所述支撐塊22的厚度通常為2.3mm，即需進入到卡匣30內的機械手臂20的總厚度為4.3mm。由此可見，相對於卡槽間距a僅為4.5mm的卡匣而言，傳統的機械手臂20在取放晶圓時，其可允許產生的位移偏差的範圍僅為0.2mm，如此必然極易導致所述機械手臂20刮傷晶圓的問題，同時，也由於機械手臂的厚度及精度的影響，而極大限制了卡槽間距a為4.5mm的卡匣的利用率。

然而，繼續參考圖7所示，本發明提供的基板的抓取方法中，進入到卡匣30內的機械手臂200的厚度c僅包括機械手盤210的厚度c1以及接觸墊220的厚度c2，則同樣的，為保證能夠承載整個晶圓的重量，所述機械手盤210的厚度c1設定為2mm，所述接觸墊220的厚度c2可設定為1mm，即位於卡匣30內的機械手臂200的總厚度c僅為3mm。如此，則對於卡槽間距a為4.5mm的卡匣而言，所述機械手臂200在抓取基板100時，可允許產生的位移偏差的範圍為1.5mm，這與採用傳統的機械手臂抓取基板相比，在相鄰兩 個卡槽之間的間隙中所佔用的空間更小，進而使所述機械手臂在現有的對位精度的基礎上，可允許產生更大範圍的位移偏差，從而可減小對基板造成刮傷的風險。

步驟S02中，採用吸附裝置吸附固定基板。具體的，所述吸附裝置可以是可移動吸附裝置，或者也可以是直接固定設置於機械手盤上。

其中，當所述吸附裝置為可移動吸附裝置時，則在所述機械手臂200上支撐有基板並移出卡匣30的過程中，再將所述吸附裝置移動至基板的邊緣位置，以對基板進行吸附固定；當所述吸附裝置為固定設置於機械手臂上並透過吸附基板的下表面以固定基板時，則所述吸附裝置可在接觸墊接觸並支撐基板的同時對基板進行吸附固定。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的申請專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧基板

200‧‧‧機械手臂

210‧‧‧機械手盤

220‧‧‧接觸墊

230‧‧‧吸附裝置

231‧‧‧吸盤

232‧‧‧驅動裝置

Claims (15)

1. 一種機械手臂，透過所述機械手臂取放位於一基板存放區域中的一基板，所述機械手臂包括：一機械手盤；設置於所述機械手盤上的一接觸墊和一吸附裝置；所述接觸墊用於支撐所述基板，所述吸附裝置用於吸附固定所述基板，當所述機械手臂取放所述基板時，位於所述基板存放區域內的機械手臂的厚度為所述機械手盤的厚度與所述接觸墊的厚度之和。
2. 如請求項1所述的機械手臂，其中所述吸附裝置為可移動吸附裝置，當所述機械手臂取放所述基板時，所述吸附裝置移動至所述基板存放區域的外部。
3. 如請求項2所述的機械手臂，其中所述吸附裝置包括至少一個吸盤以及一用於驅動所述吸盤移動的驅動裝置，所述吸盤移動至所述基板的邊緣位置以吸附固定所述基板。
4. 如請求項3所述的機械手臂，其中所述吸附裝置包括兩個吸盤，在吸附固定所述基板時，兩個所述吸盤分別位於所述基板的上表面和下表面。
5. 如請求項3所述的機械手臂，其中所述吸盤的形狀與所述基板的形狀相匹配。
6. 如請求項5所述的機械手臂，其中所述基板為圓形，所述吸盤的形狀為圓弧形。
7. 如請求項3所述的機械手臂，其中所述吸盤與所述基板的接觸區域為從 所述基板的邊緣至中心2mm~5mm。
8. 如請求項1所述的機械手臂，其中所述吸附裝置固定設置於所述機械手盤上，並透過吸附所述基板的下表面以固定所述基板，其中，所述吸附裝置的厚度小於所述接觸墊的厚度。
9. 如請求項8所述的機械手臂，其中所述吸附裝置包括一個吸盤。
10. 如請求項3或9其中之一所述的機械手臂，其中所述吸盤上具有至少一個通氣孔並透過所述通氣孔與一抽真空裝置連接。
11. 如請求項1所述的機械手臂，其中所述接觸墊為矩形、圓形或橢圓形。
12. 如請求項1所述的機械手臂，其中所述接觸墊的厚度為1mm~2mm。
13. 一種基板的抓取方法，包括：提供一如請求項1所述的機械手臂，移動所述機械手臂至所述基板存放區域內，其中位於所述基板存放區域內的機械手臂的厚度為所述機械手盤的厚度與所述接觸墊的厚度之和，並採用所述接觸墊支撐所述基板；採用所述吸附裝置吸附固定所述基板。
14. 如請求項13所述的基板的抓取方法，其中所述吸附裝置為可移動吸附裝置，在所述機械手臂上支撐有所述基板並移出所述基板存放區域的過程中，移動所述吸附裝置至所述基板的位置並吸附固定所述基板。
15. 如請求項13所述的基板的抓取方法，其中所述吸附裝置固定設置於所述機械手盤上，並且所述吸附裝置的厚度小於所述接觸墊的厚度，所述吸附裝置吸附固定所述基板的下表面。