TWI612608B - 晶圓夾具及夾持晶圓的方法 - Google Patents

Abstract

一種晶圓夾具，包含具有頂面的平台；停止器設於平台的前端；推桿設於平台的後端；至少一致動器樞接於推桿；及感測器設於平台的前端，用以量測感測器與其上晶圓之間的距離。

Description

晶圓夾具及夾持晶圓的方法

本發明係有關一種晶圓夾具(wafer clamp)，特別是關於一種適用於機器人系統的晶圓夾具，用以拾取及放置晶圓。

機器人系統的機械手(robotic hand)或牙叉(fork)普遍用以自動拾取及放置晶圓(wafer或chip)。傳統的機器人系統使用真空牙叉(vacuum fork)來夾持晶圓。由於傳統真空牙叉易發生錯位(misalignment)情形，使得晶圓無法被精準對位及拾取，造成晶圓的掉落及破裂。

此外，傳統真空牙叉係設計以接觸待拾取晶圓的頂面或底面。此類設備無法適用於一些晶圓，例如光學元件(如光學透鏡或玻璃)。

鑑於此，因此提出一種嚙合式(engaged)牙叉，以改善真空牙叉的缺失。然而，傳統嚙合式牙叉無法快速移動及旋轉，因而造成晶圓10的彈落。

鑑於傳統機械牙叉無法有效對位及拾取晶圓，因此亟需提出一種新穎的晶圓夾具，以改善傳統機械牙叉的缺點。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適用於機器人系統的晶圓夾具及夾持晶圓的方法。本發明實施例所提供的晶圓夾具可精準對位於晶圓，且可快速移動及旋轉而不會造成晶圓的彈落。

根據本發明實施例，晶圓夾具包含平台、停止器、推桿、至少一致動器及感測器。平台具有一頂面。停止器設於平台的前端，且推桿設於平台的後端。致動器樞接於推桿。感測器設於平台的前端，用以量測感測器與其上晶圓之間的距離。

根據本發明另一實施例所提出之夾持晶圓的方法，移動晶圓夾具至具有晶圓的槽。感測器偵測到感測器之上晶圓的存在。繼續向前移動晶圓夾具，直到感測器偵測到晶圓的不存在。將晶圓夾具往上移動，且致動至少一致動器而將推桿往前推，使得晶圓被穩固地夾持於停止器與推桿之間。

第一A圖顯示本發明實施例之適用於機器人系統的晶圓夾具100的透視圖。第二圖顯示第一A圖之晶圓夾具100的俯視圖。本實施例之晶圓夾具100可暫時夾持晶圓10於固定位置，以避免移動或分離。晶圓夾具100可特別(但非限定)用以夾持晶圓，但又不會接觸到晶圓的頂面或底面。當晶圓夾具100作為機械手，配合機器人系統的其他元件以拾取及放置晶圓10(例如光學透鏡或玻璃)時，則晶圓夾具100也可稱為機械牙叉(robot fork)。

在本實施例中，晶圓夾具100可包含平台(platform)11，其具有平坦頂面。平台11位於晶圓10底下，用以支撐晶圓10。

本實施例之晶圓夾具100可包含停止器(stopper)12，設於平台11的前端。在本實施例中，停止器12固設於平台11，停止器12的頂面高於平台11的頂面。因此，當晶圓10支撐於平台11上時，停止器12的頂面相同或高於晶圓10的頂面。在一實施例中，停止器12可與平台11一體成型。在另一實施例中，停止器12與平台11可分別製造，再(使用黏合劑)固設在一起。

本實施例之晶圓夾具100可包含推桿13，設於平台11的後端。在本實施例中，推桿13可相對於平台11之後端而移動，且推桿13的頂面高於平台11的頂面。因此，當晶圓10支撐於平台11上時，推桿13的頂面相同或高於晶圓10的頂面。

本實施例之晶圓夾具100還可包含至少一致動器(actuator)14，樞接(pivotally connected)於推桿13。其中，致動器14可將推桿13往前(亦即往平台11的前端)推動，使得晶圓10可穩固地夾持於停止器12與推桿13之間。如第一A圖所示實施例，二致動器14平行樞接於推桿13。在另一實施例中，一致動器14與至少一輔助桿(未顯示)平行樞接於推桿13。

在本實施例中，致動器14可包含氣壓缸(pneumatic cylinder)，又稱為氣缸(air cylinder)，其為一種使用壓縮氣體以產生往復直線運動力的機械裝置。氣壓缸具有安靜、乾淨與佔用空間少等優點。第一B圖例示本發明實施例之氣壓缸14的透視圖。Steven Engineering公司(美國加州)所製造之型號CJ1的氣壓缸可適用於本實施例，但不限定於此。雖然本實施例使用氣壓缸，但也可以改用其他機械裝置。

在本實施例中，氣壓缸14具有彈簧回位(spring return)功能，當氣壓缸未致動時，氣壓缸14的前端會被內部的彈簧(未顯示)拉回至原始位置。藉此，推桿13會被拉回(亦即往平台11前端的相反方向移動)，因而釋放晶圓10。在另一實施例中，氣壓缸14不具彈簧回位功能，而是由外部彈簧(未顯示)使其往平台11前端的相反方向移動。氣壓缸14可由面板(plate)15來支撐。在一實施例中，面板15連同氣壓缸14製作為一模組，其可固設(例如經由固定孔17而螺設)於晶圓夾具100的其他部分。

本實施例之晶圓夾具100更可包含感測器16，設於停止器12或設於平台11的前端。感測器16面向上，用以量測感測器16與其上物件(在此例子中為晶圓10)之間的距離。控制器(未顯示)傳送控制信號給感測器16，並接收感測器16所產生的感測信號，且可控制致動器14。

在本實施例中，感測器16包含光纖感測器(fiber optic sensor)，例如反射型(reflective)光纖感測器，其藉由改變光纖的特性，使得測定量(measured quantity)調變光纖內光線的強度、相位、極化(polarization)、波長或過渡時間，用以量測距離。光纖感測器具有體積小、免受電磁干擾、抵抗高電壓與溫度等優點。第一C圖例示本發明實施例之光纖感測器的透視圖。基恩斯(Keyence)公司(台灣)所製造之型號FU的光纖感測器可適用於本實施例，但不限定於此。在一實施例中，光纖感測器製作為一模組，其可固設(例如經由固定孔18而螺設)於晶圓夾具100的其他部分。雖然本實施例使用光纖感測器，但也可以改用其他感測器。

第三A圖至第三D圖顯示使用第一A圖之晶圓夾具100從卡匣(cassette)31拾取晶圓10的流程示意圖。首先，如第三A圖所示，晶圓夾具100作為機器人系統的機械手，移動至卡匣31的一個槽(slot)。此時，致動器14尚未被致動，因此推桿13位於向後(backward)位置(亦即原始位置)。感測器16根據所量測到感測器16與晶圓10之間的第一距離d1而偵測到晶圓10的存在。在一實施例中，當感測器16接收到反射自晶圓10的光信號，則偵測到晶圓10的存在。

如第三B圖所示，晶圓夾具100繼續向前移動，直到感測器16量測到第二距離d2，其大於第一距離d1，因而偵測到晶圓10的不存在。在本實施例中，當感測器16接收不到反射自晶圓10的光信號，則偵測到晶圓10的不存在。

如第三C圖所示，當偵測到晶圓10的不存在，則晶圓夾具100往上移動，且致動器14被致動而將推桿14往前推(亦即往平台11的前端)，使得晶圓10被穩固地夾持於停止器12與推桿13之間。最後，如第三D圖所示，舉起晶圓夾具100以離開卡匣31。第四圖顯示第三D圖的透視圖。

根據上述實施例，相較於傳統的真空牙叉(vacuum fork)，本發明所提供的晶圓夾具100使用感測器16(特別是光纖感測器)以精準對位於晶圓10。本發明所提供的晶圓夾具100使用致動器14(特別是氣壓缸)以快速移動及旋轉，而不會造成晶圓10的彈落。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧晶圓夾具

10‧‧‧晶圓

11‧‧‧平台

12‧‧‧停止器

13‧‧‧推桿

14‧‧‧致動器

15‧‧‧面板

16‧‧‧感測器

17‧‧‧固定孔

18‧‧‧固定孔

31‧‧‧卡匣

d1‧‧‧第一距離

d2‧‧‧第二距離

第一A圖顯示本發明實施例之適用於機器人系統的晶圓夾具的透視圖。 第一B圖例示本發明實施例之氣壓缸的透視圖。 第一C圖例示本發明實施例之光纖感測器的透視圖。 第二圖顯示第一A圖之晶圓夾具的俯視圖。 第三A圖至第三D圖顯示使用第一A圖之晶圓夾具以拾取晶圓的流程示意圖。 第四圖顯示第三D圖的透視圖。

100‧‧‧晶圓夾具

10‧‧‧晶圓

11‧‧‧平台

12‧‧‧停止器

13‧‧‧推桿

14‧‧‧致動器

15‧‧‧面板

16‧‧‧感測器

17‧‧‧固定孔

18‧‧‧固定孔

Claims (7)

1. 一種夾持晶圓的方法，包含：提供一晶圓夾具；移動該晶圓夾具至一具有晶圓的槽；一感測器偵測到該感測器之上晶圓的存在；繼續向前移動該晶圓夾具，直到該感測器偵測到晶圓的不存在；及將該晶圓夾具往上移動，且致動至少一致動器而將一推桿往前推，使得晶圓被穩固地夾持於一停止器與該推桿之間。
2. 根據申請專利範圍第1項所述夾持晶圓的方法，其中該晶圓夾具包含：一平台；該停止器，設於該平台的前端；該推桿，設於該平台的後端；該至少一致動器，樞接於該推桿；及該感測器，設於該平台的前端。
3. 根據申請專利範圍第1項所述夾持晶圓的方法，其中該致動器包含氣壓缸。
4. 根據申請專利範圍第3項所述夾持晶圓的方法，當該氣壓缸未致動時，該氣壓缸的前端被拉回至原始位置。
5. 根據申請專利範圍第1項所述夾持晶圓的方法，其中該感測器包含反射型光纖感測器。
6. 根據申請專利範圍第5項所述夾持晶圓的方法，當該反射型光纖感測器接收到反射自晶圓的光信號，則偵測到晶圓的存在。
7. 根據申請專利範圍第5項所述夾持晶圓的方法，當該反射型光纖感測器接收不到反射自晶圓的光信號，則偵測到晶圓的不存在。