一种晶圆运输机械手的制作方法

1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆运输机械手。


背景技术：

2.目前在半导体制造技术邻域，机器人晶圆运输机械手已经广泛的应用在将晶圆从一个工作阶段传送到另一个工作阶段。例如，在刻蚀机台晶圆的传送中，大气晶圆运输机械手将晶圆从大气环境中的晶圆盒子中抓取出来放到大气和真空交换的区域，然后真空晶圆运输机械手再将晶圆从大气和真空交换的区域抓取出来放到真空环境的腔体里面进行蚀刻反应，这里的每一步晶圆的转移都是通过晶圆运输机械手来实现的。现有的晶圆运输机械手在抓取晶圆时固定晶圆的方式主要有三种，分别是真空吸附晶圆、卡口固定晶圆和密封橡胶圈黏住晶圆。
3.但是现有技术中的晶圆运输机械手在实际应用时具有局限性，且在生产线运用时成本高，不利于晶圆生产效率的提高。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，实现本发明目的，本发明提供了一种晶圆运输机械手，可以同时适用于两种以上尺寸晶圆的抓取搬运，提高了晶圆运输机械手的兼容性，能很大程度上提高晶圆的生产效率。
5.实现本发明目的的技术方案为，一种晶圆运输机械手，包括：
6.主体；
7.两个吸附臂，间隔设置在所述主体上，所述两个吸附臂上均间隔设置有两个以上真空孔；
8.两个以上负压管路，各所述负压管路均与至少两个所述真空孔连通，以构成吸附系统；各所述吸附系统的最大真空孔间距不同。
9.进一步地，沿所述主体至所述吸附臂的方向，所述两个吸附臂之间的距离呈增大趋势。
10.进一步地，所述晶圆运输机械手呈y型，所述两个吸附臂对称设置于所述主体上。
11.进一步地，所述两个吸附臂上设置的所述真空孔的数量相同、且位置一一对应。
12.进一步地，所述两个吸附臂上的各所述真空孔共面；所述主体上还设置有支撑臂，所述支撑臂用于与所述晶圆接触的工作面与所述真空孔均共面。
13.进一步地，所述支撑臂上设置有1个以上辅助吸附孔；各所述吸附系统均与至少一个所述辅助吸附孔连通。
14.进一步地，各所述负压管路均包括主管、用于一一对应连通所述真空孔的第一支管、用于一一对应连通所述辅助吸附孔的第二支管以及设置于所述主管上的控制阀；所述主管通过所述控制阀同时导通或切断各所述第一支管和所述第二支管。
15.进一步地，所述晶圆运输机械手还包括至少一个负压设备，所述负压设备与所述
主管的入口端连通。
16.进一步地，所述晶圆运输机械手包括两个所述负压管路，所述负压设备的数量为一个，所述辅助吸附孔的数量为一个；两个所述负压管路均与所述负压设备连通，且两个所述负压管路均与所述辅助吸附孔连通。
17.进一步地，所述吸附系统中的各所述真空孔分别位于所述两个吸附臂上；所述机械手臂具有定位基点，所述定位基点位于所述两个吸附臂之间。
18.由上述技术方案可知，本发明提供的晶圆运输机械手包括主体、两个吸附臂和两个以上负压管路。两个吸附臂间隔设置在主体上，且两个吸附臂上均间隔设置有两个以上真空孔。各负压管路均与至少两个真空孔连通，以构成吸附系统，吸附系统中的至少两个真空孔作为吸附支点，以通过至少两个吸附支点平稳抓取运输晶圆。且各吸附系统的最大真空孔间距不同，使得晶圆运输机械手可通过两个以上的吸附系统抓取搬运运输不同尺寸的晶圆，比如四寸、六寸、八寸和十二寸晶圆中的至少两种。
19.现有技术中，针对不同尺寸的晶圆生产线，往往配备不同抓取参数的晶圆运输机械手，参数一定的一个晶圆运输机械手无法适用于两种尺寸或多种尺寸晶圆的抓取，本发明一方面，通过设计至少两套吸附系统，且吸附系统的可抓取范围不同，使得该晶圆运输机械手可以同时适用于至少两种尺寸晶圆的抓取搬运，提高了晶圆运输机械手的兼容性。另一方面，将该晶圆运输机械手应用于同时生产八寸和十二寸晶圆的晶圆生产厂时，也能很大程度上提高晶圆的生产效率。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的晶圆运输机械手的整体结构示意图；
21.图2为图1的晶圆运输机械手的使用示意图；
22.图3为图2的侧视图。
23.附图标记：1-主体；2-吸附臂，3-真空孔；4-负压管路，41-主管，42-第一支管，43
‑ꢀ
第二支管；5-支撑臂；6-辅助吸附孔；7-控制阀；8-吸附凸台；9-辅助凸台；10-八寸晶圆； 11-十二寸晶圆。
具体实施方式
24.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
25.目前半导体领域涉及到的晶圆运输机械手主要有抓取四寸，六寸，八寸，十二寸晶圆的晶圆运输机械手，主流的也是应用最广泛的是抓取八寸和十二寸晶圆的晶圆运输机械手，晶圆晶圆运输机械手在抓取八寸和十二寸的晶圆时由于晶圆面积较大，晶圆运输机械手在旋转的过程中由于各种原因容易造成晶圆在晶圆运输机械手上滑片，晶圆可能从臂上掉落并被破坏，可能导致晶圆污染，进一步导致机台传输停止，从而影响机台的产量。另一方面，同时生产八寸晶圆和十二寸晶圆的产线上，用于抓取八寸晶圆的晶圆运输机械手和抓取十二寸晶圆的晶圆运输机械手都是独立的，成本高且不利于生产效率的提升。
26.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晶圆运输机械手，可以通过设计尺寸使得一个晶圆运输机械手可以同时适用于两种以上尺寸晶圆的抓取搬运，提高了晶圆运输
机械手的兼容性，也能很大程度上提高晶圆的生产效率。下面以同时运输八寸晶圆和十二寸晶圆为例，通过一个具体实施例对本发明的内容进行详细说明：
27.本发明实施例提供的一种晶圆运输机械手，包括主体1、两个吸附臂2和两个以上负压管路4。两个吸附臂2间隔设置在主体1上，且两个吸附臂2上均间隔设置有两个以上真空孔3。各真空孔3分别与任意一个负压设备连通，且各负压管路4均与至少两个真空孔 3连通，以构成吸附系统，吸附系统中的至少两个真空孔3作为吸附支点，以通过至少两个吸附支点平稳抓取运输晶圆。且各吸附系统的最大真空孔间距不同，使得晶圆运输机械手可通过两个以上的吸附系统抓取搬运运输不同尺寸的晶圆，比如四寸、六寸、八寸和十二寸的晶圆中的至少两种。上述的“最大真空孔间距”指的是一个吸附系统中的最大抓取间距，当一个吸附系统包括3个及3个以上真空孔3开始，只要最大的真空孔间距不同即可，
28.现有技术中，针对不同尺寸的晶圆生产线，往往配备不同抓取参数的晶圆运输机械手，参数一定的一个晶圆运输机械手无法适用于两种尺寸或多种尺寸晶圆的抓取，本发明一方面，通过设计至少两套吸附系统，且吸附系统的可抓取间距不同，使得该晶圆运输机械手可以同时适用于至少两种尺寸晶圆的抓取搬运，提高了晶圆运输机械手的兼容性。另一方面，将该晶圆运输机械手应用于同时生产八寸晶圆10和十二寸晶圆11的晶圆生产厂时，也能很大程度上提高晶圆的生产效率。
29.本实施例提供的晶圆运输机械手，为了利于实施多角度多方位的吸附搬运，优选地，两个吸附臂2上的各真空孔3共面，可以提高晶圆运输机械手的实用性，简化了工况，且此时吸附系统的布局也更加不受限制，吸附系统甚至可以“交叉”布局。
30.为了减少机械手与晶圆表面接触的面积，避免晶圆表面磨损，本实施例中，两个所吸附臂2上均设置有与真空孔3一一对应连通的吸附凸台8，吸附凸台8具有贯通孔，各吸附凸台8的顶面共面，以构成晶圆运输机械手的工作面，同时实现多点支撑。
31.通过将吸附系统中的至少两个真空孔3即吸附点设置在晶圆相对的两个半圆面上，即可以较稳定地搬运晶圆，但是在晶圆运输机械手两个吸附臂2的尖端侧以及根部侧，晶圆无法得到有效的支撑，同时当晶圆受到外部冲击或者操作人的错误操作导致晶圆在被吸附之前发生向尖端侧或向根部侧的倾斜，可能会导致真空泄露，从而可能进一步导致晶圆从臂上掉落并被破坏，可能最终导致晶圆污染。本实施例中，主体1上还设置有支撑臂5，支撑臂5用于与晶圆接触的工作面与真空孔3均共面，以在搬运过程中，支撑臂5在机械手的根部支撑晶圆，且与两个吸附臂2同时支撑晶圆，相比现有技术，可很大程度上避免晶圆发生倾斜。
32.在定位支撑的同时，为了增加支撑臂5的功能作用，提高该晶圆运输机械手的实用性和功能性，本实施例中，支撑臂5上设置有1个以上辅助吸附孔6；各吸附系统均与至少一个辅助吸附孔6连通，以使每个尺寸的吸附系统均可通过支撑臂5上的辅助吸附孔6稳定吸附并搬运晶圆。
33.本实施例对支撑臂5的结构不做限定：可以直接以辅助吸附孔6作为工作面；为了减少与晶圆的接触面积，也可以在支撑臂5上设置与辅助吸附孔6一一对应连通的辅助凸台9，辅助凸台9同样具有贯通孔，并以辅助凸台9的顶面作为支撑臂5的工作面，辅助凸台9的顶面与吸附凸台8的顶面共面。工作的吸附系统中的真空孔3所对应的吸附凸台8 起到吸附和支撑的作用，其他的吸附凸台8以及辅助凸台9起到支撑晶圆的作用，即所有的吸附凸台8
和辅助凸台9同时接触晶圆，最大程度上保证了晶圆不会发生倾斜，从而解决了传统真空吸附晶圆运输机械手晶圆滑片的问题。本实施例中，优选地吸附凸台8和辅助凸台9的结构以及高度均完全相同。
34.本实施例对辅助吸附孔6的数量以及各吸附系统连通的辅助吸附孔6的数量均不做限制。作为一种实施方式，当辅助吸附孔6与负压管路4数量相同且辅助吸附孔6分别与负压管路4一一对应连通时，各个吸附系统各自独立，避免因互相连通而衍生的优化设计，结构简单、更易设计。
35.作为另一种实施方式，当两个或多个吸附系统连通同一个辅助吸附孔6时，存在吸附系统空运行的问题，可以人工辅助操作，利用封堵件将空运行的吸附孔封堵住，最简单地，在高压吸附作用下，利用具有密封性能的纸件即可保证正常工作。为了实现搬运的全自动化、保证吸附稳定同时减少不必要的资源浪费，需要将吸附系统之间独立开来，本实施例中，各负压管路4均包括主管41、用于一一对应连通真空孔3的第一支管42、用于一一对应连通辅助吸附孔6的第二支管43以及设置于主管41上的控制阀7；主管41通过控制阀7同时导通或切断各第一支管42和第二支管43，各个吸附系统间通过内部的控制阀7 实现互锁，保证同一时刻只有一个吸附系统处于工作吸附状态。
36.本发明对各第一支管42/第二支管43与主管41的连接点不做限制，可以多个汇于一点，也可以连接点互不相同，间隔设置在主管41上，控制阀7需要保证设置在最靠近主管41入口端的连接点处或之前即可。本实施例中，主管41、第一支管42和第二支管43汇于一点，控制阀7设置在交汇点处。
37.为了实现吸附，本实施例提供的晶圆运输机械手还包括至少一个负压设备，负压设备与主管41的入口端连通。本发明对负压设备的数量不做限制，只要小于等于负压管道的数量即可，即可以一个负压设备单独对应一个吸附系统，也可以两个及以上的吸附系统共用一个负压设备，只需要保证控制阀7可以切换吸附系统工作状态、有且仅有一个吸附系统工作即可。本实施例中，负压设备可选真空泵。
38.本发明对负压设备的数量、吸附系统的具体分布不做限定，可根据实际需求等进行最优的配置。为了适应生产现状、同时控制成本，本实施例中，晶圆运输机械手包括两个负压管路4，负压设备的数量为一个，辅助吸附孔6的数量为一个，两个负压管路4均与负压设备连通，且两个负压管路4均与辅助吸附孔6连通，即两个负压管路4形成的吸附系统同时共用负压设备和辅助吸附孔6。本实施例提供的晶圆运输机械手尤其适用于同时生产八寸晶圆10和十二寸晶圆11的生产线上，可以有效解决现有技术中传统的晶圆运输机械手不能同时适用于八寸和十二寸的晶圆传输的技术问题。
39.在晶圆运输机械手搬运或旋转的过程中，由于各种原因容易造成晶圆在晶圆运输机械手上滑片，晶圆可能从臂上掉落并被破坏，可能导致晶圆污染，进一步导致机台传输停止，从而影响机台的产量。本实施例提供的晶圆运输机械手可以抓取不同尺寸的晶圆并运输，晶圆运输机械手具有定位基点。为了进一步避免晶圆在晶圆运输机械手上滑片、保证搬运的稳定性，本实施例中，优选地，吸附系统中的各真空孔3分别位于两个吸附臂2上，定位基点位于两个吸附臂2之间，使得两个吸附臂2可以分别支撑晶圆的不同半圆面，以通过两个吸附臂2同时确保真空抓取的稳定性。
40.本发明对晶圆运输机械手的工作设计参数不做具体限定，当切换吸附系统以搬运
不同尺寸晶圆时，不同吸附系统所对应的晶圆运输机械手的定位基点可以相同也可以不同，即定位基点可以为固定的一个或者随吸附系统的改变而改变，只需要满足最大真空孔间距不同即可，优选地，晶圆运输机械手成功抓取晶圆后，定位基点与晶圆的圆心重合。
41.本实施例中，定位基点为固定的设定点。由于仅设置了一个辅助吸附孔6，辅助吸附孔6与定位基点之间的间距也固定，所以不会对吸附系统搬运尺寸不同的标准产生影响，依旧只需要保证吸附系统的最大真空孔间距不同。
42.由于搬运不同尺寸的晶圆，优选地对应较大尺寸晶圆的吸附系统的吸附点与晶圆的圆心之间的距离更大，即吸附点位于晶圆的径向更外侧。为了实现上述效果，本实施例中，沿主体1至吸附臂2的方向，两个吸附臂2之间的距离呈增大趋势。位于吸附臂2外侧即远离主体1的真空孔3相对位于吸附臂2内侧的真空孔3位于晶圆的径向更外侧，有利于抓取更大直径尺寸的晶圆，也可以通过该设计抓取到晶圆的外围，利于抓取的稳定性，避免倾斜的情况发生。本发明对增大趋势的具体增大方式不做限定，比如可以是阶梯性多段结构、线性比例增大、非线性等，形状上可以是直线段、曲线段以及直线段和曲线段之间的结合等。
43.本发明对两个吸附臂2的具体结构不做限定，只要满足开口距离逐渐增大即可，比如两个吸附臂2具有夹角，且尖端的距离大于根部的距离，本实施例中，晶圆运输机械手呈y型，两个吸附臂2对称设置于主体1上。
44.本发明对各吸附臂2上的真空孔3的位置、布局以及数量均不做限定，可根据实际需求进行设计。优选地，两个吸附臂2上设置的真空孔3的数量相同、且位置一一对应，即若以两个吸附臂2的对称轴为x轴，两个吸附臂2上x坐标值相同的两个真空孔3的y 坐标互为相反数。如图1所示，本实施例中，两个吸附臂2上的真空孔3的数量均为两个，且两个吸附臂2上，均靠近辅助吸附孔6的其中一个真空孔3位于同一个吸附系统中，均远离辅助吸附孔6的另一个真空孔3位于另一个吸附系统中。
45.本实施例对支撑臂5的设置位置不做限定，优选地，支撑臂5的轴线与两个吸附臂 2的对称轴共线，即两个吸附臂2相对机械臂对称。
46.本实施例提供的晶圆运输机械手的使用方法和工作原理如下：
47.如图1所示，该晶圆运输机械手具有两个吸附系统，两个吸附系统由两条负压管路4、4个真空孔3和1个辅助吸附孔6组成，两个控制阀7实现两个吸附系统的互锁，其中一个吸附系统中围成小三角形状的两个吸附凸台8和辅助凸台9用于吸附传送八寸晶圆10，另一个吸附系统中围成大三角形状的两个吸附凸台8和辅助凸台9用于吸附传送十二寸晶圆11，如图3所示，总共五个凸台同时接触晶圆，晶圆不会发生倾斜，从而解决了传统真空吸附晶圆运输机械手晶圆滑片的问题。
48.通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
49.本发明提供的晶圆运输机械手能兼容抓取两种不同尺寸的晶圆，尤其适用于运输八寸晶圆和十二寸晶圆，本发明既增加了真空吸附晶圆运输机械手功能的多样性，又很大程度的提高了抓取和传送过程中的稳定性，减小了晶圆在手臂上的滑片率，从而进一步的提高了晶圆在生产和制造过程中的产量和生产效率。
50.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
51.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。