TWM600472U

TWM600472U - 晶圓載盤之置卸載裝置

Info

Publication number: TWM600472U
Application number: TW109201843U
Authority: TW
Inventors: 宋茂炎
Original assignee: 總督科技股份有限公司
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2020-08-21

Abstract

一種晶圓載盤之置卸載裝置，係於第一、二機械臂活動範圍內分別建置載盤、主校正機構、晶圓校正機構及置料機構，第一機械臂上設有影像攫取組件及晶圓定位件裝卸機構，第二機械臂上設有晶圓取放機構，利用主校正機構分別校正影像攫取組件、晶圓定位件裝卸機構及晶圓取放機構至正確的位置，將影像攫取組件正確對應於載盤上一晶圓盤，晶圓定位件裝卸機構將晶圓盤上之晶圓定位件取下，晶圓取放機構由置料機構取出晶圓，經晶圓校正機構正確調整晶圓之缺口，再移至晶圓盤上，影像攫取組件確認晶圓是否完整，晶圓定位件裝卸機構將晶圓定位件結合於晶圓盤上，以壓合於晶圓周緣形成定位；晶圓完成加工後，影像攫取組件再次正確對應於晶圓盤，晶圓定位件裝卸機構將晶圓定位件取下，晶圓取放機構將晶圓移至該晶圓校正機構上，經讀取該晶圓之編碼後，將該晶圓放入置料機構。

Description

晶圓載盤之置卸載裝置

本創作是有關晶圓載盤之置卸載裝置，尤指一種可快速、簡便且效率地於載盤上取放晶圓之裝置。

一般的積體電路(integrated circuit, IC)的製造過程主要可分為：矽晶圓製造、積體電路製作以及積體電路封裝等三大部分；當矽晶棒切割成晶圓後，還需要經過黃光、長晶、蝕刻、機械研磨等多道手續繁雜的流程，方能完成積體電路的製作，而在上述的製造過程中，晶圓在進行測試、清洗、蒸鍍、乾燥或浸泡有機溶劑等流程時，為能有效固定晶圓以便於加工，皆需將各晶圓先分別固定於一晶圓盤上，由各該晶圓盤分別承載各晶圓進行上述各流程的加工作業。

習知的晶圓盤基本結構，乃為一面積略大於晶圓外徑之盤體，於該盤體上方設有一可分離之環形框體，定義出一容置晶圓的位置，且於該盤體的周緣設有複數扣合機構，利用該等扣合機構可夾固該環形框體，以壓制於該晶圓周緣形成定位。

在實際應用時，為能同時處理較大量之晶圓，大多會將複數晶圓盤設置於一大面積的載盤上，利用該載盤可容置多個晶圓盤並同時移至各不同的加工程序，以有效增加晶圓加工處理的效率。

隨著自動化加工的逐漸普及，利用機械臂執行各晶圓與該載盤中各晶圓盤之間的取放動作，不但可節省大量人力，並可降低生產成本、增進加工效率，已為必然的趨勢，而由於一般晶圓本身極為脆弱，且對於加工精密度的要求極高，因此，如何能在利用機械臂取放各晶圓的作業需求下，克服晶圓本身材料特性及精準度等要求及限制，乃為各相關業者所亟待努力的課題。

有鑑於習見將晶圓由載盤上卸載的作業有上述缺點，創作人乃針對該些缺點研究改進之道，終於有本創作產生。

本創作之主要目的在於提供一種晶圓載盤之置卸載裝置，主要係於一第一機械臂上設有一影像攫取組件及一晶圓定位件裝卸機構，於一第二機械臂上設有一晶圓取放機構，且於該第一、二機械臂活動範圍內分別建置一載盤、一主校正機構、一晶圓校正機構及一置料機構，利用該第一機械臂驅動該影像攫取組件至該主校正機構上，校正其取像範圍之準確度，再驅動該晶圓定位件裝卸機構至該主校正機構上，校正其作業位置，並記憶該晶圓定位件裝卸機構與該影像攫取組件取像範圍之間的相對位置座標，再將該影像攫取組件移至該載盤上方，取得該載盤上其中一晶圓盤的影像，並調整至正確對應的位置，然後該第一機械臂參考該相對位置座標，驅動該晶圓定位件裝卸機構對準該晶圓盤，將該晶圓盤周緣預先固定之晶圓定位件取下，由該第二機械臂驅動該晶圓取放機構至該主校正機構上，校正該晶圓取放機構的作業位置，再至該置料機構中取出待加工之晶圓，放置於該晶圓校正機構上，以取得該晶圓之編碼，並將該晶圓之缺口調整至正確的角度，由該晶圓取放機構將該待加工之晶圓移置於該晶圓盤上，以該第一機械臂驅動該影像攫取組件至該載盤上，確認該晶圓盤上之晶圓是否完整，再驅動該晶圓定位件裝卸機構將該晶圓定位件結合於該晶圓盤上，以該晶圓定位件可壓合於該晶圓周緣形成定位；待晶圓完成加工後，以該第一機械臂驅動該影像攫取組件至該載盤上方，取得該載盤上其中一晶圓盤的影像，並調整至正確對應的位置，然後該晶圓定位件裝卸機構對準該晶圓盤，將該晶圓盤上固定完成加工晶圓之晶圓定位件取下，再由該第二機械臂驅動該晶圓取放機構將該晶圓盤上之晶圓移至該晶圓校正機構上，由該晶圓校正機構取得該晶圓之編碼之後，再將該完成加工之晶圓移至置料機構中，藉以完成一將各晶圓由載盤上正確且快速地取放移置的自動化加工作業。

為達成上述目的及功效，本創作所採行的技術手段包括：一第一機械臂，係連結並受一控制模組驅動，於該第一機械臂之活動端上至少設有一影像攫取組件；一第二機械臂，係連結並受該控制模組驅動，於該第二機械臂之活動端上設有一晶圓取放機構；一載盤，係設置於該第一、二機械臂之活動範圍內，且係連結並受該控制模組驅動，該載盤上設有至少一承置晶圓的晶圓盤；一晶圓校正機構，係設置於該第二機械臂之活動範圍內，且係連結並受該控制模組驅動，以供讀取置入之晶圓的編碼及調整該晶圓之缺口；一主校正機構，係設置於該第一、二機械臂之活動範圍內，且係連結並受該控制模組驅動，以供分別校正該影像攫取組件及晶圓取放機構的位置；一置料機構，係設置於該第二機械臂之活動範圍內。

依上述結構，其中各晶圓分別經由一可鎖掣之晶圓定位件固定於該晶圓盤上，且該第一機械臂之活動端上另設有一可裝卸該晶圓定位件之晶圓定位件裝卸機構。

依上述結構，其中該影像攫取組件具有一可產生照明光線之上取像元件，該主校正機構具有一下取像元件，於該下取像元件上方設有一透明片，於該透明片上設有一作為定位基準之標準刻度；該晶圓定位件裝卸機構具有一定位面，於該定位面上設有一定位刻度；該晶圓取放機構具有可吸取晶圓之晶圓吸盤，於該晶圓吸盤上設有一指示刻度。

依上述結構，其中該晶圓定位件裝卸機構於該定位面外旁側設有複數雷射光源。

依上述結構，其中該主校正機構於該下取像元件旁側設有一測距雷射光源。

依上述結構，其中該置料機構係為一內部具有收容空間之置料匣，該置料匣係設置於一升降機構上，該升降機構係連結並受該控制模組驅動，以調整該置料匣的高度。

依上述結構，其中該載盤係設置於一滑移機構上，該滑移機構具有一滑移座，該滑移座係可沿複數平行延伸之滑移導軌移動，於該滑移座上設有一承置該載盤之樞轉座。

依上述結構，其中該載盤上方設有一外罩，該外罩上設有一凹缺口，可使該載盤上之局部晶圓盤對外裸露。

依上述結構，其中該晶圓校正機構具有一可供放置晶圓之承置座，於該承置座上方設有一取像單元。

為使本創作的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的瞭解，茲依下列附圖說明如下：

請參第１、２圖所示，可知本創作之主要結構包括：第一機械臂1、第二機械臂2、載盤3、主校正機構4及晶圓校正機構5等部份；其中該第一機械臂1係連結並受一控制模組（可為一具運算功能之電腦，未繪出）驅動，該第一機械臂1之活動端上設有一影像攫取組件11及一晶圓定位件裝卸機構12。

在一個可行的實施例中，該影像攫取組件11具有一可產生照明光線之上取像元件111（可為一CCD攝影機）；該晶圓定位件裝卸機構12上設有一定位面121，該定位面121（中央）設有一定位刻度122（可為一孔洞），於該定位面121外周側至少設有二相對之夾持件123，該晶圓定位件裝卸機構12周側設有複數均勻分佈之雷射光源124，該複數雷射光源124係分別設置於該定位面121外旁側至少三點。

該第二機械臂2係連結並受該控制模組驅動，該第二機械臂2之活動端上設有一可吸附晶圓60之晶圓取放機構21（可為一晶圓吸盤）；在一個可行的實施例中，該晶圓取放機構21上設有一指示刻度211。

該載盤3係設置於該第一、二機械臂1、2之活動範圍內，且係連結並受該控制模組驅動，於該載盤3上不同位置設有複數晶圓盤31，於各晶圓盤31上分別設有可鎖掣之晶圓定位件311（可為一壓環）。

在一個可行的實施例中，該載盤3係設置於一滑移機構33上，該滑移機構33具有一滑移座331，該滑移座331係設置於複數平行延伸之滑移導軌332上，於該滑移座331上設有一承置該載盤3之樞轉座333；而於該載盤3上方固定設有一外罩32，該外罩32上設有一凹缺口321，可使該載盤3上之局部晶圓盤31對外裸露，利用該控制模組操作該滑移機構33，可使該滑移座331帶動該樞轉座333於該滑移導軌332二端之間滑移，並可經由該樞轉座333驅動該載盤3樞轉。

該主校正機構4係設置於該第一、二機械臂1、2之活動範圍內，且係連結並受該控制模組驅動，以供分別校正該影像攫取組件11、晶圓定位件裝卸機構12及晶圓取放機構21，使其分別保持於正確的位置。

在一個可行的實施例中，該主校正機構4具有一可產生照明光線之下取像元件42以及至少一具測距功能之測距雷射光源41；該下取像元件42係可為一CCD攝影機，於該下取像元件42上方設有一透明片43，於該透明片43中央設有一標準刻度431。

該晶圓校正機構5係設置於該第二機械臂2之活動範圍內，且係連結並受該控制模組驅動；在本實施例中，該晶圓校正機構5具有一供放置晶圓60之承置座51，承置座51中央設有一貫通孔，於該承置座51上方設有一取像單元52，於該貫通孔下方設有一具真空吸孔（可吸附晶圓60）之吸頭53，該吸頭53係可受一轉置機構54驅動而執行升降及樞轉等動作。

另可依需要於該第二機械臂2之活動範圍內設置一置料機構6，該置料機構6可為一置料匣（或外接的置料裝置），其內部具有可供收容晶圓60之承料空間與機制。

在本案各圖所揭露的實施例中，於該置料機構6（置料匣）下方可依需要設置一升降機構61，該升降機構61係可驅動該置料機構6升高或降低位置。

請參第３至２２圖所示，可知本創作之上述結構於操作時，首先係使該滑移機構33之滑移座331沿該滑移導軌332向外移出，將承載有複數晶圓盤31之載盤3置於該滑移機構33之樞轉座333上；然後，該滑移座331沿該滑移導軌332向內移至該外罩32下方，並使其中一晶圓盤31位於該凹缺口321下方形成裸露。

再由該第一機械臂1驅動該影像攫取組件11移至該主校正機構4上（如第３圖所示），以調整校正該影像攫取組件11取得影像範圍至正確位置。

當該第一機械臂1驅動該影像攫取組件11靠近該主校正機構4上方時，該下取像元件42直接取得該透明片43上標準刻度431的位置，且該主校正機構4係利用測距雷射光源41所產生之雷射光束411投射至該影像攫取組件11上，藉以測量該影像攫取組件11的距離，以調整該下取像元件42之鏡頭焦距；而該影像攫取組件11係經由該上取像元件111取得該透明片43上之標準刻度431的位置，由該控制模組比對該下取像元件42取得該標準刻度431的位置與該影像攫取組件11取得該標準刻度431的位置之間差異，經由該第一機械臂1調整該影像攫取組件11的位置，使該下取像元件42取得之標準刻度431位置與該上取像元件111取得之標準刻度431影像相疊合，再由該控制模組記憶該影像攫取組件11之正確取像範圍的座標，藉以達到校正該影像攫取組件11取像範圍之目的。

該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12之定位面121移至該主校正機構4上（如第４圖所示），以調整校正該晶圓定位件裝卸機構12的作業位置，且該控制模組可比對記憶該晶圓定位件裝卸機構12作業位置與該影像攫取組件11取得影像範圍之間的相對位置座標。

當該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12靠近該主校正機構4上方時，該主校正機構4係利用測距雷射光源41所產生之雷射光投射至該定位面121上，藉以測量該晶圓定位件裝卸機構12的距離，以調整該下取像元件42之鏡頭焦距；而該下取像元件42則可觀視該透明片43上標準刻度431與該定位面121上該定位刻度122（或孔洞）之間的位置差異，並由該控制模組經由該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12調整位置，使該定位面121上該定位刻度122（或孔洞）與該標準刻度431位置重疊，即可使該晶圓定位件裝卸機構12的作業位置可被校正至正確位置。

該第一機械臂1驅動該影像攫取組件11移至該載盤3上方（如第５圖所示），以確認該晶圓盤31的位置並檢視該未承置晶圓60之晶圓盤31上的狀況（是否有殘留之晶圓60碎屑或破片）。

該控制模組參考該相對位置座標，經該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12接近該晶圓盤31，利用該控制模組經由該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12調整位置，使該複數（至少三個）雷射光源124所產生相同長度之雷射光束，可共同投射於該晶圓盤31上，藉以使該定位面121對準（平行於）該晶圓盤31（如第６圖所示），再將該晶圓盤31周緣預先設置之晶圓定位件311解除鎖掣之後，利用該夾持件123取出該晶圓定位件311，並維持夾持狀態（如第７、８圖所示）。

該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21移至該主校正機構4上（如第９圖所示，為便於檢視該主校正機構4，並未繪出該晶圓校正機構5），以校正該晶圓取放機構21的位置。

當該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21靠近該主校正機構4上方時，該主校正機構4係利用測距雷射光源41所產生之雷射光投射至該晶圓取放機構21上，藉以測量該晶圓取放機構21的距離，以調整該下取像元件42之鏡頭焦距；而該下取像元件42則可觀視該透明片43上標準刻度431與該晶圓取放機構21上該指示刻度211之間的位置差異，並由該控制模組經由該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21調整位置，使該晶圓取放機構21上之該指示刻度211與該標準刻度431得以重疊，使該晶圓取放機構21的作業位置可被校正至正確位置。

該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21移至該供料機構6中取出待加工之晶圓60（如第１０圖所示），並將該晶圓60放置於該晶圓校正機構5之承置座51上（如第１１圖所示）。

該晶圓校正機構5之取像單元52先取得該待加工晶圓60之編碼及缺口位置（如第１２圖所示），再由該控制模組依據該欲置入晶圓盤31之缺口位置計算該晶圓60所需調整的角度，由該轉置機構54驅動該吸頭53吸附該晶圓60上升（脫離該承置座51），並轉動該晶圓60，以將該晶圓60之缺口調整至正確的角度；然後該轉置機構54帶動該吸頭53吸附該晶圓60下降，以將該晶圓60回置於該承置座51上。

該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21將該具有正確缺口角度之晶圓60由該晶圓校正機構5之承置座51上取出，並放置於該載盤3之該晶圓盤31上（如第１３圖所示）。

該第一機械臂1驅動該影像攫取組件11移至該載盤3上（如第１４圖所示），並取得前一步驟所放置的晶圓60之影像，以確認該晶圓60是否完整且是否被放置於正確位置。

該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12將該夾持件123所夾持之該晶圓定位件311結合於該晶圓盤31上（如第１５圖所示），藉由該晶圓定位件311壓合於該晶圓60周緣形成定位（如第１６圖所示）。

然後，該樞轉座333驅動該載盤3轉動，使該已承載晶圓60之該晶圓盤31轉至該外罩32下方，且另一未放置晶圓60之晶圓盤31移至該外罩32的凹缺口321下方形成裸露，以便於依序重覆上述步驟，將不同待加工晶圓60分別固定於各晶圓盤31上；最後，當該載盤3之各晶圓盤31皆已承載待加工晶圓60之後，該滑移機構33之滑移座331沿該滑移導軌332向外滑動，以便於將該載盤3移至下一工序。

當各待加工晶圓60完成加工後，該滑移機構33之滑移座331沿該滑移導軌332向外移出，將承載有複數晶圓盤31之載盤3置於該滑移機構33之樞轉座333上，且於各晶圓盤31上分別經由晶圓定位件311固定有已加工完成之晶圓60；然後，該滑移座331沿該滑移導軌332向內移至該外罩32下方，並使其中一晶圓盤31位於該凹缺口321下方形成裸露。

該第一機械臂1驅動該影像攫取組件11移至該載盤3上方（如第１７圖所示），以確認該晶圓盤31的位置並檢視該晶圓盤31上的狀況（晶圓60是否完整無破碎）。

該控制模組參考該相對位置座標，經該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12接近該晶圓盤31，利用該控制模組經由該第一機械臂1驅動該晶圓定位件裝卸機構12調整位置，使該複數（至少三個）雷射光源124所產生相同長度之雷射光，可共同投射於該晶圓盤31上，藉以使該定位面121對準（平行於）該晶圓盤31（如第１８圖所示），再將該晶圓盤31周緣預先設置之晶圓定位件311解除鎖掣之後，利用該夾持件123取出該晶圓定位件311，並維持夾持狀態（如第１９圖所示）。

該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21移至該載盤3（裸露於凹缺口321下方）之晶圓盤31上，以吸取晶圓60（如第２０圖所示）；並將該晶圓60移置於該晶圓校正機構5之承置座51上，藉由該取像單元52讀取該晶圓60之編碼（如第２１圖所示），並由該控制模組記錄該已加工晶圓60之編碼。

該第二機械臂2驅動該晶圓取放機構21將該晶圓60由承置座51上取下，配合該升降機構61驅動該置料機構6升降動作，可將該已加工晶圓60放入該置料機構6的承料空間中（如第２２圖所示）。

然後，該樞轉座333驅動該載盤3轉動，使該已取出晶圓60之晶圓盤31轉至該外罩32下方，且另一承載有晶圓60之晶圓盤31移至該外罩32之凹缺口321下方形成裸露，以便於依序重覆上述步驟，以將不同晶圓盤31上之已加工晶圓60分別移至該置料機構6中；最後，當該載盤3之各已加工晶圓60皆已取出之後，該滑移機構33之滑移座331沿該滑移導軌332向外滑動，以便於將該清空之載盤3取出，並將另一具有已加工晶圓60之載盤3置於該樞轉座333上。

綜合以上所述，本創作晶圓載盤之置卸載裝置確可達成降低人力成本並提昇晶圓由晶圓盤上取放之移置效率等功效，實為一具新穎性及進步性之創作，爰依法提出申請新型專利；惟上述說明之內容，僅為本創作之較佳實施例說明，舉凡依本創作之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本創作之專利申請範圍內。

1:第一機械臂

11:影像攫取組件

111:上取像元件

12:晶圓定位件裝卸機構

121:定位面

122:定位刻度

123:夾持件

124:雷射光源

2:第二機械臂

21:晶圓取放機構

211:指示刻度

3:載盤

31:晶圓盤

311:晶圓定位件

32:外罩

321:凹缺口

33:滑移機構

331:滑移座

332:滑移導軌

333:樞轉座

4:主校正機構

41:測距雷射光源

411:雷射光束

42:下取像元件

43:透明片

431:標準刻度

5:晶圓校正機構

51:承置座

52:取像單元

53:吸頭

54:轉置機構

6:置料機構

60:晶圓

61:升降機構

第１圖係本創作將載盤局部分解之完整立體結構圖。

第２圖係本創作之主校正機構的局部放大示意圖。

第３圖係本創作之影像攫取組件於主校正機構上方校正位置的狀態示意圖。

第４圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構於主校正機構上方校正位置的狀態示意圖。

第５圖係本創作之影像攫取組件於載盤上方正確對應於晶圓盤的狀態示意圖。

第６圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構移至晶圓盤上抓取晶圓定位件的狀態示意圖。

第７圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構取下晶圓定位件的狀態示意圖。

第８圖係第７圖之Ａ部位的局部放大示意圖。

第９圖係本創作之晶圓取放機構於主校正機構上方校正位置的狀態示意圖。

第１０圖係本創作之晶圓取放機構由供料機構中取出晶圓的狀態示意圖。

第１１圖係本創作之晶圓取放機構將晶圓置於晶圓校正機構上的狀態示意圖。

第１２圖係本創作之晶圓校正機構校正晶圓的狀態示意圖。

第１３圖係本創作之晶圓取放機構將晶圓移置於晶圓盤上的狀態示意圖。

第１４圖係本創作之影像攫取組件確認載盤上晶圓位置的狀態示意圖。

第１５圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構移至晶圓盤上裝設晶圓定位件的狀態示意圖。

第１６圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構移回初始位置且晶圓定位件固定於晶圓盤上的狀態示意圖。

第１７圖係本創作之影像攫取組件於載盤上方正確對應於晶圓盤的狀態示意圖。

第１８圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構移至晶圓盤上抓取晶圓定位件的狀態示意圖。

第１９圖係本創作之晶圓定位件裝卸機構取下晶圓定位件的狀態示意圖。

第２０圖係本創作之晶圓取放機構將晶圓由晶圓盤上取下的狀態示意圖。

第２１圖係本創作之晶圓校正機構讀取晶圓編碼的狀態示意圖。

第２２圖係本創作之晶圓取放機構將晶圓置入置料機構的狀態示意圖。