TWI787998B - 一種用於cmp清洗單元搬運晶圓的機械手及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手及方法，包括佈置於清洗單元的上方或下方的X軸滑軌、至少一個Z軸滑軌、設置於Z軸滑軌的滑塊上的搬取裝置，Z軸滑軌設置於X軸滑軌的滑塊上做水平方向移動，搬取裝置帶有旋轉功能以實現將晶圓放置到清洗單元的旋轉甩乾機構上，通過X軸滑軌滑塊帶動Z軸滑軌水平移動，Z軸滑軌滑塊帶動搬運裝置在垂直方向移動，使Z軸滑軌滑塊上的搬取裝置將晶圓在清洗單元的清洗機構進行搬運，並通過搬運裝置的旋轉功能對晶圓進行翻轉，將晶圓放置到甩乾機構，相比於現有技術當中直接通過機械手抓取晶圓進行搬運和翻轉的方式，具有更高的搬運穩定性。

Description

一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手及方法
本發明有關半導體製造技術領域，特別有關一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手及方法。
在晶圓化學機械平坦化設備對晶圓的清洗製程中，目前主流的清洗方法為槽式清洗，研磨處理完成的晶圓會被豎直地放到一個或者多個裝有化學品的槽內，同時配合超聲波清洗、刷洗等製程進行清洗，最後一道工序通常為乾燥製程，通常使用水平旋轉的方式將晶圓甩乾，因此需要設計一種用於搬運晶圓在各個工序內傳送的機械手。
現有機械手包含兩個拾取裝置，在超聲波清洗、刷洗等製程中通過晶圓拾取裝置交替循環作業拾取晶圓，兩個拾取裝置都參與各個清洗槽內晶圓的拾取和放入工作，但是，傳統的機械手只有X軸和Z軸兩個方向上的自由度，被抓取的晶圓不能夠做翻轉運動，所以對清洗製程中的晶圓擺放位置有要求，必須在同一個角度，晶圓夾取動作一般由裝在拾取裝置頂端的開閉機構來完成，此開閉機構的運動在晶圓的上方，運動產生的顆粒污染有掉落到晶圓上，影響晶圓清洗製程效果的風險， 且每次開閉動作必然會導致拾取裝置的輕微抖動，可能會使夾取動作失敗，傳統晶圓拾取裝置交替循環作業的工作方式，將導致2個機械手都殘留清洗液或雜質，在進入甩乾區域之前，晶圓的潔淨程度將受到影響。
因此，如何保證晶圓清洗製程工程中抓取晶圓的穩定性以及高效性，是本領域技術人員急待解決的技術問題。
本發明的目的是提供一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手及方法，通過設計旋轉機構，並通過移動軸的運動來取放晶圓，增加了晶圓抓取過程的穩定性。
為解決上述技術問題，本發明提供一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，包括X軸滑軌、Z軸滑軌、旋轉機構、拾取裝置和抓持裝置，Z軸滑軌設置於所述X軸滑軌的滑塊上，所述旋轉機構設置於所述Z軸滑軌的滑塊上，且所述拾取裝置設置於所述旋轉機構上，所述抓持裝置設置於所述Z軸滑軌的滑塊上。
優選地，靠近所述旋轉甩乾機構一側的Z軸滑軌的滑塊上設置有旋轉機構，所述搬取裝置與所述旋轉機構連接。
優選地，至少一個所述Z軸滑軌與對應的X軸滑軌的滑塊獨立設置或共用設置。
優選地，所述搬取裝置包括拾取裝置和/或抓持裝置。
優選地，所述拾取裝置上設有大弧面、小弧面和溝槽，所述大弧面的直徑大於晶圓的直徑，所述小弧面的直徑小於晶圓的直徑，所述溝槽用於裝夾晶圓，所述溝槽的深度大於晶圓的厚度。
優選地，所述溝槽周向上設有弧形開口。
優選地，所述拾取裝置的開口兩側均設有曲面。
優選地，所述曲面上設有角度向外張開的斜口。
優選地，所述曲面上方還設有弧形缺口。
本發明還揭露了一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，應用於上述所述的機械手包括以下步驟： S11：X軸滑軌的滑塊帶動遠離旋轉甩乾機構一側的Z軸滑軌滑動至最遠側製程腔上方，Z軸滑軌上的滑塊帶動搬取裝置將晶圓抓取並傳輸到清洗製程區第一個製程腔內； S12：待第一道清洗製程完成後，搬取裝置向下移動，完成晶圓垂直方向上的取片，對應Z軸滑軌上的滑塊帶動搬取裝置上升到預設位置，X軸滑軌上的滑塊驅動對應Z軸滑軌上的搬取裝置，將晶圓放到第二個製程腔內； S13：按照步驟S11至步驟S12在多個製程腔內進行晶圓傳送，直至完成最後一個製程腔的清洗； S14：緊鄰旋轉甩乾機構一側的Z軸滑軌上的滑塊帶動搬取裝置向下移動至最後一個製程腔，搬取裝置完成對晶圓垂直方向上的取片，並利用搬取裝置的旋轉功能將晶圓水平放置到旋轉甩乾機構內，完成晶圓的清洗過程。
優選地，所述搬取裝置的數量為1個，步驟S11中所述遠離旋轉甩乾機構一側的Z軸滑軌上的滑塊帶動的搬取裝置和步驟S14中所述緊鄰旋轉甩乾機構一側的Z軸滑軌上的滑塊帶動的搬取裝置為相同結構的搬取裝置。
優選地，所述搬取裝置的數量至少為3個，步驟S14由緊鄰旋轉甩乾機構一側的1個搬取裝置執行，步驟S11至步驟S13由除了所述緊鄰旋轉甩乾機構一側的1個搬取裝置外的其他搬取裝置一起執行。
優選地，所述搬取裝置為拾取裝置，對晶圓的拾取過程如下： S21：通過X軸滑軌上的滑塊帶動對應Z軸滑軌在水平方向移動至預設位置，Z軸滑軌上的滑塊帶動拾取裝置沿垂直方向向下移動，使拾取裝置的圓心與被放置在製程腔內的晶圓圓心重合； S22：X軸滑軌上的滑塊帶動對應Z軸滑軌在水平方向移動，使拾取裝置貼近晶圓； S23：Z軸滑軌上的滑塊帶動拾取裝置在垂直方向上向上移動提起晶圓，完成整個豎直方向上的晶圓的拾取過程。
優選地，所述搬取裝置為拾取裝置，對晶圓的拾取過程之後的翻轉過程如下： S31：拾取裝置帶著晶圓，利用拾取裝置的旋轉功能翻轉到水平位置； S32：通過X軸滑軌上的滑塊以及對應Z軸滑軌上的滑軌的配合移動，將晶圓移動到旋轉甩乾機構的正上方； S33：Z軸滑軌上的滑軌向下移動，完成晶圓的放置。
本發明所提供的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，包括佈置於清洗單元的上方或下方的X軸滑軌、至少一個Z軸滑軌、設置於Z軸滑軌的滑塊上的搬取裝置，Z軸滑軌設置於X軸滑軌的滑塊上做水平方向移動，搬取裝置帶有旋轉功能以實現將晶圓放置到清洗單元的旋轉甩乾機構上，通過X軸滑軌滑塊帶動Z軸滑軌水平移動，Z軸滑軌滑塊帶動搬運裝置在垂直方向移動，使Z軸滑軌滑塊上的搬取裝置將晶圓在清洗單元的清洗機構進行搬運，並通過搬運裝置的旋轉功能對晶圓進行翻轉，將晶圓放置到甩乾機構，相比於現有技術當中直接通過機械手抓取晶圓進行搬運和翻轉的方式，具有更高的搬運穩定性；通過本晶圓搬運方法，能夠對晶圓進行穩定的搬運和翻轉。
本發明所提供的用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，通過抓持裝置將晶圓進行搬運；通過拾取裝置將所述抓持裝置搬運的晶圓進行抓取；將所述拾取裝置所抓取的晶圓進行翻轉至水平位置；再通過所述拾取裝置將位於水平位置的晶圓進行搬運。相比於現有技術當中直接通過機械手抓取晶圓的方式，晶圓搬運整體穩定性更高。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參考圖1至圖8，圖1為本發明所提供的一種具體實施方式的整體結構示意圖；圖2為圖1所示的搬取裝置結構示意圖；圖3為圖2所示的拾取裝置結構示意圖；圖4為圖2所示的拾取裝置局部放大圖；圖5為圖1所示的拾取裝置處於水平方向方片示意圖；圖6為圖5所示結構俯視圖；圖7為圖1所示整體結構的運動流程示意；圖8為本發明所提供的實施例一整體結構示意圖。
在本發明所提供的一種具體實施方式中，主要包括佈置於清洗單元的上方或下方的X軸滑軌1、至少一個Z軸滑軌2、設置於Z軸滑軌2的滑塊上的搬取裝置，Z軸滑軌2設置於X軸滑軌1的滑塊上做水平方向移動，搬取裝置帶有旋轉功能以實現將晶圓放置到清洗單元的旋轉甩乾機構6上。
其中，至少一個Z軸滑軌2設置於X軸滑軌1的滑塊上，X軸滑軌1的滑塊用於帶動Z軸滑軌2做水平方向上的運動，搬取裝置設置於Z軸滑軌2的滑塊上，Z軸滑軌2的滑塊帶動搬取裝置在Z軸滑軌2上做豎直方向上的運動，搬取裝置用於拾取晶圓5、搬運晶圓5以及對晶圓5進行翻轉，甩乾機構6則對清洗後的晶圓5進行甩乾。
實施例一
在實際的應用過程當中，設置多個垂直製程腔10，X軸滑軌1的滑塊帶動Z軸滑軌2水平向右移動至遠離旋轉甩乾機構6一側的製程腔10上方， Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置垂直向下移動至製程腔10，搬取裝置將晶圓5抓取並傳輸到清洗製程區第二個製程腔10內，待第一道清洗製程完成後，由Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置完成晶圓5垂直方向上的取片，Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置上升到預設高度位置，X軸滑軌1上的滑塊帶動Z軸滑軌2在水平方向移動至下一個製程腔10上方，然後Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置向下移動，將晶圓5放到第三個製程腔10內，依此類推，搬取裝置在多個製程腔10內進行晶圓5傳送，待到晶圓5在最後一個製程腔10清洗完成後，通過Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置垂直向下移動至最後一個製程腔10，通過搬取裝置完成對晶圓5垂直方向上的取片，待到達預設高度位置，搬取裝置對晶圓5進行翻轉，由X軸滑軌1的滑塊帶動Z軸滑軌2在水平方向進行移動，使搬取裝置將晶圓5放置到旋轉甩乾機構6內，旋轉甩乾機構6則對清洗後的晶圓5進行甩乾，完成晶圓5的清洗過程。
需要說明的是，本實施例中製程腔10的數量不做限制，晶圓5在不同製程腔10內可以完成不同製程流程，會根據實際情況調整數量，此實施例內設置了5個。
還需要說明的是，搬取裝置的旋轉功能是通過設置於靠近旋轉甩乾機構6一側的Z軸滑軌2的滑塊上的旋轉機構3實現的，搬取裝置與旋轉機構3連接，旋轉機構3為常見的具有翻轉功能的機構，在此不做贅述。進一步地，Z軸滑軌2與對應的X軸滑軌1的滑塊獨立設置或共用設置，在實施例一中，我們採用1個Z軸滑軌2進行晶圓5的搬運和翻轉，也就是說Z軸滑軌2共用對應的X軸滑軌1的滑塊，本實施例採用了兩個獨立Z軸滑軌2，Z軸滑軌2獨立設置對應X軸滑軌1的滑塊，所以此設計的X軸滑軌1的滑塊優選為直線電機驅動，上面安裝兩個獨立的滑塊，兩個獨立Z軸滑軌2分別安裝到兩個滑塊上，此方案的優勢在於，兩個獨立Z軸滑軌2能夠獨立運動，避免了運動上的限制，可以同時對晶圓5進行在製程腔內的轉移清洗製程，能夠進一步提高傳輸效率。
具體為，在實際的晶圓5搬取過程當中，為了提高晶圓5的清洗製程效率，此時，Z軸滑軌2則為2個，搬取裝置分別通過不同的滑塊安裝於X軸滑軌1上，而不同的Z軸滑軌2對應的X軸滑軌1的滑塊獨立設置，此時搬運和翻轉就會同時進行，大大提高晶圓5的清洗製程效率。
需要說明的是，X軸滑軌1和Z軸滑軌2均為直線電機9驅動，還可以為絲杆配合電機驅動，還可以為同步帶配合電機驅動，但不局限於以上結構。
還需要說明的是，用於搬運晶圓5的旋轉機構3為電驅動的旋轉電缸或氣驅動的擺台，用於晶圓5的旋轉作業。
進一步地，搬取裝置包括拾取裝置4和/或抓持裝置12，搬取裝置可以為拾取裝置4與抓持裝置12的組合，例如，拾取裝置4與抓持裝置12、拾取裝置4與拾取裝置12，需要說明的是，負責對晶圓5進行翻轉的為拾取裝置4；具體的工作流程則為，抓持裝置12負責對晶圓5進行在製程腔10內進行搬運，而拾取裝置4則負責對晶圓5進行翻轉和轉移，而拾取裝置4同樣可以完成晶圓5的搬運作業以替代抓持裝置12；當然拾取裝置4為U型卡爪，抓持裝置12為氣動卡爪，根據設備使用需要，抓持裝置12可以與拾取裝置4為相同結構卡爪。在實際的晶圓搬運過程中，可以根據現場需求，來改變抓持裝置12和拾取裝置4的組合以滿足現場搬運需求。
需要說明的是，抓持裝置12運動方式與現有技術當中氣爪抓取過程相同，在此不做贅述。下面對拾取裝置4的拾取晶圓5過程進行詳細描述，拾取裝置4上設有大弧面401、小弧面402和溝槽403，大弧面401的直徑大於晶圓5的直徑，小弧面402的直徑小於晶圓5的直徑，溝槽403用於裝夾晶圓5，溝槽403的深度大於晶圓5的厚度，具體過程為，Z軸滑軌2上的滑塊帶動拾取裝置4做垂直方向上的移動，使大弧面401的圓心與被放置在製程腔10內的晶圓5圓心重合，並且水平方向保持一段距離，接著，X軸滑軌1上的滑塊帶動Z軸滑軌2在水平方向移動，使拾取裝置4的大弧面401、小弧面402和溝槽403裝夾晶圓5，然後Z軸滑軌2上的滑塊帶動拾取裝置4在垂直方向上向上移動提起晶圓5，完成整個豎直方向上的晶圓5抓取過程，拾取裝置4帶著晶圓5，由旋轉機構3翻轉到水平位置，再通過X軸滑軌1上的滑塊以及Z軸滑軌2上的滑塊的配合移動，將晶圓5移動到旋轉甩乾機構6的正上方，Z軸滑軌2上的滑塊向下移動，完成晶圓5的放置。
當晶圓5放置到旋轉甩乾機構6時，旋轉甩乾機構6中間設有用於固定晶圓5的旋轉台11，旋轉台11上設有與晶圓5外周相抵的限位柱7，旋轉甩乾機構6中間為一個由電機驅動的旋轉台11，配有三個在旋轉時用於固定晶圓5的限位柱7，然後X軸滑軌1上的滑塊繼續向左側移動，使晶圓5的上端面不再被曲面405阻擋，隨後左側Z軸滑軌2上的滑軌帶動拾取裝置4向下移動，拾取裝置4與晶圓5分離，將晶圓5放置在轉檯上，隨後左側Z軸滑軌2上的滑軌繼續帶動拾取裝置4向下移動到水平方向無干涉的位置，最後抽出拾取裝置4。
進一步地，溝槽403周向上設有與限位柱7配合的弧形開口404，弧形開口404用於避開水平方向取放晶圓5時的晶圓5托架，此設計方式不固定，會因水平方向上的結構設計而改變位置、形狀與數量，大弧面401直徑會比所需抓取晶圓5的直徑大，小弧面402直徑比晶圓5的直徑小，保證晶圓5被固定在拾取裝置4中時的接觸面，防止晶圓5傾覆；需要說明的是，弧形開口404的數量為1至3個或更多，根據甩旋轉甩乾機構6的限位柱7個數以及與拾取裝置的位置關係而變化。
需要說明的是，溝槽403的深度大於晶圓5的厚度，以保證晶圓5的正常拾取。
進一步地，拾取裝置4的開口兩側均設有曲面405，曲面405上設有角度向外張開的斜口，曲面405上方還設有弧形缺口406，曲面405為一定角度向外張開的斜口，用於避免晶圓5在垂直方向向前傾覆，同時在垂直方向取片時允許晶圓5有一定的傾斜，起到一個導向作用，弧形缺口406是為了在水平方向放下晶圓5時縮短晶圓5需要避開前遮擋曲面405，從而晶圓5需要向後退的行程。
需要說明的是，用於搬運晶圓的機械手還包括用於固定安裝X軸滑軌1的支撐板8，支撐板8用於本裝置的固定安裝。
請參考圖9，圖9為本發明所提供的實施例二整體結構示意圖。
為了進一步提高本裝置的傳輸效率，設計了三個Z軸滑軌2，此實施例的Z軸滑軌2裝在X軸滑軌1的底部滑塊上，此方案X軸滑軌1的驅動優選為帶有兩個滑塊的雙電機直線電機，這樣Z軸滑軌2可以獨立運動，帶旋轉機構5的Z軸滑軌2獨立安裝在一個滑塊上，負責垂直方向運動的Z軸滑軌2安裝在另一個滑塊上，使得晶圓5傳輸效率提高。
請參考圖10，圖10為本發明所提供的實施例三整體結構示意圖。
將Z軸滑軌2採用吊裝的方式，即Z軸滑軌2安裝在X軸滑軌1頂部滑塊上，此方案X軸滑軌1的驅動優選為帶有兩個滑塊的雙電機直線電機，這樣Z軸滑軌2可以獨立運動，帶旋轉機構5的Z軸滑軌2獨立安裝在一個滑塊上，負責垂直方向運動的Z軸滑軌2安裝在另一個滑塊上，使得晶圓5傳輸效率提高。
需要說明的是，X軸滑軌1數量、Z軸滑軌2數量以及拾取裝置4的數量都可以根據實際需求調整，還需要說明的是，Z軸滑軌2的滑塊以及X軸滑軌1的滑塊運動方式和上述實施例中的過程相同，在此不做贅述。
請參考圖11，圖11為本發明所提供的一種通過移動軸的運動來取放晶圓的流程示意圖。
本發明揭露了一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，包括： S11：X軸滑軌1的滑塊帶動遠離旋轉甩乾機構6一側的Z軸滑軌2滑動至最遠側製程腔10上方，Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置將晶圓抓取並傳輸到清洗製程區第一個製程腔10內； S12：待第一道清洗製程完成後，搬取裝置向下移動，完成晶圓5垂直方向上的取片，對應Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置上升到預設位置，X軸滑軌1上的滑塊驅動對應Z軸滑軌2上的搬取裝置，將晶圓5放到第二個製程腔10內； Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置垂直向下移動至第一個製程腔10，由Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置完成晶圓5垂直方向上的取片，Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置上升到預設高度位置，X軸滑軌1上的滑塊帶動Z軸滑軌2在水平方向移動至第二個製程腔10上方，然後Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置向下移動，將晶圓5放到第二個製程腔10內。 S13：按照步驟S11至步驟S12在多個製程腔10內進行晶圓傳送，直至完成最後一個製程腔10的清洗； 搬取裝置在多個製程腔10內進行晶圓5傳送，待到晶圓5在最後一個製程腔10清洗完成後，進行步驟S14。 S14：緊鄰旋轉甩乾機構6一側的Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置向下移動至最後一個製程腔10，搬取裝置完成對晶圓5垂直方向上的取片，並利用搬取裝置的旋轉功能將晶圓5水平放置到旋轉甩乾機構6內，完成晶圓的清洗過程； 通過Z軸滑軌2上的滑塊帶動搬取裝置垂直向下移動至最後一個製程腔10，通過搬取裝置完成對晶圓5垂直方向上的取片，待到達預設高度位置，搬取裝置對晶圓5進行翻轉，由X軸滑軌1的滑塊帶動Z軸滑軌2在水平方向進行移動，使搬取裝置將晶圓5放置到旋轉甩乾機構6內，旋轉甩乾機構6則對清洗後的晶圓5進行甩乾，完成晶圓5的清洗過程。
進一步地，搬取裝置的數量為1個，步驟S11中遠離旋轉甩乾機構6一側的Z軸滑軌2上的滑塊帶動的搬取裝置和步驟S14中緊鄰旋轉甩乾機構6一側的Z軸滑軌2上的滑塊帶動的搬取裝置為相同結構的搬取裝置。
需要說明的是，當搬取裝置數量為1個時，晶圓5的搬運和翻轉均是由搬取裝置完成的，而此時的搬取裝置為且只能為拾取裝置4，才能夠達到搬運和翻轉相對穩定的優點。
進一步地，當搬取裝置的數量至少為3個時，步驟S14由緊鄰旋轉甩乾機構6一側的1個搬取裝置執行，步驟S11至步驟S13由除了緊鄰旋轉甩乾機構6一側的1個搬取裝置外的其他搬取裝置一起執行。
需要說明的是，當搬取裝置的數量至少為3個時，晶圓5的搬運可以通過拾取裝置4完成，也可以通過抓取裝置12完成，但是，晶圓5的翻轉只能通過拾取裝置4完成，具體搬運和翻轉過程如上述拾取裝置4和抓取裝置12工作過程，在此不做贅述。
請參考圖12，圖12為本發明所提供的拾取裝置對晶圓拾取過程流程示意圖。
當搬取裝置為拾取裝置4，對晶圓的拾取過程如下： S21：通過X軸滑軌1上的滑塊帶動對應Z軸滑軌2在水平方向移動至預設位置，Z軸滑軌2上的滑塊帶動拾取裝置4沿垂直方向向下移動，使拾取裝置4的圓心與被放置在製程腔10內的晶圓圓心重合； Z軸滑軌2上的滑塊帶動拾取裝置4做垂直方向上的移動，使大弧面401的圓心與被放置在製程腔10內的晶圓5圓心重合，並且水平方向保持一段距離。 S22：X軸滑軌1上的滑塊帶動對應Z軸滑軌2在水平方向移動，使拾取裝置4貼近晶圓； X軸滑軌1上的滑塊帶動Z軸滑軌2在水平方向移動，使拾取裝置4的大弧面401、小弧面402和溝槽403裝夾晶圓5。 S23：Z軸滑軌2上的滑塊帶動拾取裝置4在垂直方向上向上移動提起晶圓，完成整個豎直方向上的晶圓的拾取過程。
Z軸滑軌2上的滑塊帶動拾取裝置4在垂直方向上向上移動提起晶圓5，大弧面401、小弧面402和溝槽403對晶圓5進行限制，完成整個豎直方向上的晶圓5抓取過程。
請參考圖13，圖13為本發明所提供的拾取裝置對晶圓拾取過程後翻轉過程流程示意圖。
當搬取裝置為拾取裝置4，對晶圓的拾取過程之後的翻轉過程如下： S31：拾取裝置4帶著晶圓，利用拾取裝置4的旋轉功能翻轉到水平位置； 通過與拾取裝置4連接的旋轉機構3對拾取裝置4進行翻轉，從而實現晶圓5的翻轉。 S32：通過X軸滑軌1上的滑塊以及對應Z軸滑軌2上的滑軌的配合移動，將晶圓移動到旋轉甩乾機構6的正上方； S33：Z軸滑軌2上的滑軌向下移動，完成晶圓的放置。
當晶圓5放置到旋轉甩乾機構6時，旋轉甩乾機構6中間設有用於固定晶圓5的旋轉台11，旋轉台11上設有與晶圓5外周相抵的限位柱7，旋轉甩乾機構6中間為一個由電機驅動的旋轉台11，配有三個在旋轉時用於固定晶圓5的限位柱7，然後X軸滑軌1上的滑塊繼續向左側移動，使晶圓5的上端面不再被曲面405阻擋，隨後左側Z軸滑軌2上的滑軌帶動拾取裝置4向下移動，拾取裝置4與晶圓5分離，將晶圓5放置在轉檯上，隨後左側Z軸滑軌2上的滑軌繼續帶動拾取裝置4向下移動到水平方向無干涉的位置，最後抽出拾取裝置4。
上述晶圓搬運方法，通過結合U型卡爪結構特點，能夠實現晶圓的搬運和翻轉。
綜上所述，本發明揭露的用於搬運晶圓的機械手，通過X軸滑軌上的滑塊帶動Z軸滑軌在水平方向移動以及Z軸滑軌上的滑軌帶動拾取裝置垂直方向上的移動，使大弧面的圓心與被放置在製程腔內的晶圓圓心重合，X軸滑軌上的滑塊帶動Z軸滑軌在水平方向移動，使拾取裝置的大弧面、小弧面和溝槽裝夾晶圓，然後Z軸滑軌上的滑軌帶動拾取裝置在垂直方向上向上移動提起晶圓，完成整個豎直方向上的晶圓抓取過程，拾取裝置帶著晶圓，由旋轉機構翻轉到水平位置，再通過X軸滑軌上的滑塊以及Z軸滑軌上的滑軌的配合移動，將晶圓移動到甩乾製程機構中，相比於現有技術當中直接通過機械手抓取晶圓的方式，具有更高的搬運穩定性；通過本晶圓搬運方法，能夠對晶圓進行穩定的搬運和翻轉。
對所揭露的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所揭露的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
1:X軸滑軌 2:Z軸滑軌 3:旋轉機構 4:拾取裝置 5:晶圓 6:旋轉甩乾機構 7:限位柱 8:支撐板 9:直線電機 10:製程腔 11:旋轉台 12:抓持裝置 401:大弧面 402:小弧面 403:溝槽 404:弧形開口 405:曲面 406:弧形缺口
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。 圖1為本發明所提供的一種具體實施方式的整體結構示意圖； 圖2為圖1所示的搬取裝置結構示意圖； 圖3為圖2所示的拾取裝置結構示意圖； 圖4為圖2所示的拾取裝置局部放大圖； 圖5為圖1所示的拾取裝置處於水平方向方片示意圖； 圖6為圖5所示結構俯視圖； 圖7為圖1所示整體結構的運動流程示意； 圖8為本發明所提供的實施例一整體結構示意圖； 圖9為本發明所提供的實施例二整體結構示意圖； 圖10為本發明所提供的實施例三整體結構示意圖； 圖11為本發明所提供的一種通過移動軸的運動來取放晶圓的流程示意圖； 圖12為本發明所提供的拾取裝置對晶圓拾取過程流程示意圖； 圖13為本發明所提供的拾取裝置對晶圓拾取過程後翻轉過程流程示意圖。
1:X軸滑軌 2:Z軸滑軌 3:旋轉機構 4:拾取裝置 5:晶圓 8:支撐板 9:直線電機 10:製程腔

Claims (12)

  1. 一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，包括佈置於清洗單元的上方或下方的X軸滑軌(1)、至少一個Z軸滑軌(2)、設置於Z軸滑軌(2)的滑塊上的搬取裝置，所述Z軸滑軌(2)設置於所述X軸滑軌(1)的滑塊上做水平方向移動，所述搬取裝置帶有旋轉功能以實現將晶圓放置到清洗單元的旋轉甩乾機構(6)上，其中所述搬取裝置包括拾取裝置(4)和/或抓持裝置(12)，所述拾取裝置(4)上設有溝槽(403)，所述溝槽(403)用於裝夾晶圓(5)，所述溝槽(403)的深度大於晶圓(5)的厚度，所述旋轉甩乾機構(6)中間設有用於固定晶圓(5)的旋轉台，所述旋轉台上設有至少一限位柱，以在所述旋轉台旋轉時固定晶圓(5)，所述溝槽(403)周向上設有與所述至少一限位柱配合的至少一弧形開口(404)。
  2. 如請求項1所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，其中靠近所述旋轉甩乾機構(6)一側的Z軸滑軌(2)的滑塊上設置有旋轉機構(3)，所述搬取裝置與所述旋轉機構(3)連接。
  3. 如請求項1所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，其中至少一個所述Z軸滑軌(2)與對應的X軸滑軌(1)的滑塊獨立設置或共用設置。
  4. 如請求項1所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，其中所述拾取裝置(4)上設有大弧面(401)和小弧面(402)，所述大弧面(401)的直徑大於晶圓(5)的直徑，所述小弧面(402)的直徑小於晶圓(5)的直徑。
  5. 如請求項4所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，其中所述拾取裝置(4)的開口兩側均設有曲面(405)。
  6. 如請求項5所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，其中所述曲面(405)上設有角度向外張開的斜口。
  7. 如請求項6所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的機械手，其中所述曲面(405)上方還設有弧形缺口(406)。
  8. 一種用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，應用於請求項1至請求項7所述的機械手，包括以下步驟：S11：X軸滑軌(1)的滑塊帶動遠離旋轉甩乾機構(6)一側的Z軸滑軌(2)滑動至最遠側製程腔(10)上方，Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動搬取裝置將晶圓抓取並傳輸到清洗製程區第一個製程腔(10)內；S12：待第一道清洗製程完成後，搬取裝置向下移動，完成晶圓垂直方向上的取片，對應Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動搬取裝置上升到預設位置，X軸滑軌(1)上的滑塊驅動對應Z軸滑軌(2)上的搬取裝置，將晶圓放到第二個製程腔(10)內；S13：按照步驟S11至步驟S12在多個製程腔(10)內進行晶圓傳送，直至完成最後一個製程腔(10)的清洗； S14：緊鄰旋轉甩乾機構(6)一側的Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動搬取裝置向下移動至最後一個製程腔(10)，搬取裝置完成對晶圓垂直方向上的取片，並利用搬取裝置的旋轉功能將晶圓水平放置到旋轉甩乾機構(6)內，完成晶圓的清洗過程，其中所述搬取裝置包括拾取裝置(4)和/或抓持裝置(12)，所述拾取裝置(4)上設有溝槽(403)，所述溝槽(403)用於裝夾晶圓(5)，所述溝槽(403)的深度大於晶圓(5)的厚度，所述旋轉甩乾機構(6)中間設有用於固定晶圓(5)的旋轉台，所述旋轉台上設有至少一限位柱，所述溝槽(403)周向上設有與所述至少一限位柱配合的至少一弧形開口(404)，步驟S14中所述搬取裝置將晶圓(5)水平放置到所述旋轉甩乾機構(6)內，所述至少一限位柱與晶圓(5)外周相抵，以在所述旋轉台旋轉時固定晶圓(5)。
  9. 如請求項8所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，其中所述搬取裝置的數量為1個，步驟S11中所述遠離旋轉甩乾機構(6)一側的Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動的搬取裝置和步驟S14中所述緊鄰旋轉甩乾機構(6)一側的Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動的搬取裝置為相同結構的搬取裝置。
  10. 如請求項8所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，其中所述搬取裝置的數量至少為3個，步驟S14由緊鄰旋轉甩乾機構(6)一側的1個搬取裝置執行，步驟S11至步驟S13由除 了所述緊鄰旋轉甩乾機構(6)一側的1個搬取裝置外的其他搬取裝置一起執行。
  11. 如請求項8至請求項10中任一項所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，其中所述搬取裝置為拾取裝置(4)，對晶圓的拾取過程如下：S21：通過X軸滑軌(1)上的滑塊帶動對應Z軸滑軌(2)在水平方向移動至預設位置，Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動拾取裝置(4)沿垂直方向向下移動，使拾取裝置(4)的圓心與被放置在製程腔(10)內的晶圓圓心重合；S22：X軸滑軌(1)上的滑塊帶動對應Z軸滑軌(2)在水平方向移動，使拾取裝置(4)貼近晶圓；S23：Z軸滑軌(2)上的滑塊帶動拾取裝置(4)在垂直方向上向上移動提起晶圓，完成整個豎直方向上的晶圓的拾取過程。
  12. 如請求項8至請求項10中任一項所述的用於CMP清洗單元搬運晶圓的方法，其中所述搬取裝置為拾取裝置(4)，對晶圓的拾取過程之後的翻轉過程如下：S31：拾取裝置(4)帶著晶圓，利用拾取裝置(4)的旋轉功能翻轉到水平位置；S32：通過X軸滑軌(1)上的滑塊以及對應Z軸滑軌(2)上的滑軌的配合移動，將晶圓移動到旋轉甩乾機構(6)的正上方；S33：Z軸滑軌(2)上的滑軌向下移動，完成晶圓的放置。
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