专利名称：搬运校准装置及应用该装置的晶片传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体加工设备，尤其涉及一种搬运校准装置及应用该装賈的晶片传 输系统。
背景技术：
在半导体加工过程中，晶片需要从晶片仓到工艺反应腔做工艺，完成工艺后，再将晶 片从工艺反应腔传递回晶片仓。整个过程中大气机械手和真空机械手是晶片传输功能的行 使部件、核心部件，是晶片传输系统的中枢神经，起到交通枢纽的作用。如图1所示，是200毫米及200毫米以下的晶片的传输流程；如图2所示，是300毫米晶片的传输流程。可见，在晶片传输搬运的每一环节，大气/真空机械手是必不可少的，大气机械手和 真空机械手分别用于在大气和真空环境中搬运和传递晶片。同时，无论是200毫米以下的晶 片的传输流程，还是300毫米晶片的传输流程，都包含有晶片校准器。如图3、图4所示，晶片校准器的作用在于针对晶片相对于机械手的末端受动器的承载 位置的偏心率的校准，以及对晶片凹口角度位置的定义。只有当晶片在晶片校准器上完成 对于晶片偏心的校准和晶片凹口位置的定义之后，大气/真空机械手才能将晶片搬运到工艺 反应腔中进行半导体工艺。由于包含有晶片校准器及其进行校准、定位的过程，增加了传输流程的环节，使传输 流程过于复杂。目前，大气/真空机械手对晶片的承载方式主要有以下三种-种是托持方式，如图5所示，晶片单纯被机械手的末端受动器所托载，依靠末端受 动器上设有的胶垫与晶片背面所产生的摩擦力来保证在搬运过程中晶片与机械手的相对静 l卜.。这种方式主要用于真空机械手在真空环境中的晶片搬运，其原因是由于在真空环境 中，晶片周围没有气流的阻力、扰动和干涉，确保了晶片传输的可靠性。另一种是真空吸附式，如图6所示，通过对机械手末端受动器与晶片背部进行抽气致 使晶片正反两面存在压差，以便晶片吸附于机械手末端受动器上，保证在搬运工程中晶片 与机械手的相对静止。由于这种方式需要大气压力使晶片正反两面存在压差，所以这种方 式只能用于在大气环境中使用的大气机械手。'
还有一种是边缘夹持式，如图7所示，机械手末端受动器装有卡块，当晶片被机械手 承载时，末端受动器通过卡块对晶片边缘的夹持，以完成晶片与机械手末端受动器之间相 对位置的固定。这种方式在真空与大气环境中均可实现，在搬运过程中晶片不易与机械手 产生相对运动或掉片，有较高的可靠性。但是，由于采用对晶片的边缘进行机械式夹持， 而晶片薄且脆，夹持的过程中增加了晶片边缘因受力而破损的可能性，降低了可靠性。以上三种方式各有各的优点，也各有各的缺点，都对晶片传输的可靠性有一定的影 响，而且，它们有一个共同的缺点，就是都不能对晶片偏心的校准和晶片凹口位置的定 义。因此，三种方式均必须在整个传输系统中设置晶片校准器，在大气/真空机械手将晶片 搬运到工艺反应腔中进行半导体工艺之前，必需将目标晶片送到晶片校准器进行校准、定 义，使传输流程过于复杂。发明内容本发明的目的是提供一种传输可靠、且可以对被传输物件进行定位校准的搬运校准装 置，及传输流程简单的应用该装置的晶片传输系统。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的搬运校准装置，包括末端受动器，末端受动器的后端与机械臂连接，前端设有取物器，用于抓取物件，所述末端受动器的后端与机械臂铰接；所述的搬运校准装置上还设有驱动装置，可驱动末端受动器绕铰接点转动； 所述的搬运校准装置上还设有校准装置，用于对被抓取物件定位校准。 所述的末端受动器有两个，分别为第一末端受动器、第二末端受动器，所述第一末端受动器和第二末端受动器的后端分别与机械臂铰接；前端分别连接有第一取物器、第二取物器。所述的第一取物器与第二取物器分别设有取物槽，二者共同作用实现抓取物件； 所述校准装置包括取物槽下部设有的定位面，用于对被抓取物件进行中心定位。 所述的定位面包括在取物槽的下部从上至下依次设有的定位斜面和定位平面。 所述的取物槽为弧形。所述的驱动装置有两个，分别与第一末端受动器和第二末端受动器连接，可分别驱动 第一末端受动器和第二末端受动器单独绕铰接点转动或同速同向绕铰接点转动或同速异向 绕铰接点转动。所述的驱动装置为微型伺服电机，设于末端受动器与机械臂的铰接处。 所述的校准装置包括设于机械臂上的校准器，用于对被抓取物进行圆周角度定义。 本发明的应用上述搬运校准装置的晶片传输系统，包括晶片仓、真空传输腔、工艺反
应腔，所述的晶片传输系统还包括至少一个搬运校准装置，所述搬运校准装胥搬运并校准 晶片，并将所搬运晶片从晶片仓经过真空传输腔传送到工艺反应腔。还包括大气传输单元，所述搬运校准装置搬运并校准晶片，并将所搬运晶片从晶片仓 依次经过大气传输单元、真空传输腔传送到工艺反应腔。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的搬运校准装置及应用该搬运校 准装置的晶片传输系统，由于末端受动器的后端与机械臂铰接，并由驱动装置驱动绕铰接 点转动；且还包括校准装置，可以很方便地对被抓取物件定位校准。又由于取物器上设有取物槽，取物槽下部设有的定位面，可以很方便的对被抓取物件 进行中心定位。又由于机械臂上设有校准器，可以实现对被抓取物进行圆周角度定义。 本发明主要用在半导体晶片加工过程中的晶片传输系统中，传输并校准晶片，搬运可 靠、校准精确，既可以应用于大气环境中，又可以应用于真空环境中，使晶片传输系统取 消了晶片送往晶片校准器的传输过程，减少了传输路径时间，提高了生产传输效率，并简 化了系统设备。本发明也适用于搬运校准其它圆形或非圆形物件。
图1为现有技术200毫米以下的晶片的传输流程图；图2为现有技术300毫米晶片的传输流程图； 图3为现有技术晶片偏心校准过程参考图； 图4为现有技术晶片凹口角度定义过程参考图； 图5为现有技术一机械手的末端受动器托载晶片时的状态参考图；图6为现有技术二机械手的末端受动器托载晶片时的状态参考图；图7为现有技术三机械手的末端受动器挟持晶片时的状态参考图；图8为本发明搬运校准装置的结构示意图；图9为本发明搬运校准装置的局部结构示意图；图10为本发明搬运校准装置抓取晶片时的过程参考图一；图ll为本发明搬运校准装置抓取晶片时的过程参考图二；图12为本发明搬运校准装置对晶片进行中心定位时的过程参考图一;图13为本发明搬运校准装置对晶片进行中心定位时的过程参考图二;图14为本发明搬运校准装置对晶片进行凹口定义时的过程参考图一;图15为本发明搬运校准装置对晶片进行凹口定义时的过程参考图二；图16为本发明搬运校准装賈对晶片进行凹口定义时的过程参考图三；图17为本发明晶片传输系统具体实施例一的传输流程图； 图18为本发明晶片传输系统具体实施例二的传输流程图。
具体实施方式
本发明搬运校准装置较佳的具体实施方式
如图8所示，包括末端受动器，末端受动器 的后端与机械臂5连接，前端设有取物器，用于抓取物件，末端受动器的后端与机械臂5采 用铰接，根据需要也可以采用其它的连接方式。所述的末端受动器有两个，分别为第一末端受动器l、第二末端受动器3，所述第一末 端受动器1和第二末端受动器3的后端分别与机械臂5铰接，可单独绕铰接点转动；前端分别 连接有第一取物器2、第二取物器4。如图9所示，所述的第一取物器2与第二取物器4分别设有取物槽8， 二者共同作用实现 抓取物件，所述的取物槽8为弧形。根据需要也可以是直线型或其它的形状。取物槽8下部设有的定位面，用于对被抓取物件进行中心定位，定位面包括在取物槽8 的下部依次设有的定位斜面9和定位平面10。所述的搬运校准装置上还设有校准装置，用于对被抓取物件定位校准。所述的校准装 置包括设于机械臂5上的校准器6，用于对被抓取物进行圆周角度定义，校准器6为反射型光 电传感器，也可以采用其它形式的校准器。前面所述的定位斜面9和定位平面10也属于校准装置，主要用于对被抓取物件进行中 心定位。根据需要还可以设有其它的校准装置。所述的搬运校准装置上还设有驱动装置7，可驱动末端受动器绕铰接点转动；所述的 驱动装置7有两个，分别与第一末端受动器1和第二末端受动器3连接，可驱动第一末端受动 器1和第二末端受动器3单独绕铰接点转动或同速同向绕铰接点转动或同速异向绕铰接点转 动。所述的驱动装置7为微型伺服电机，设于末端受动器与机械臂5的铰接处。具体设置的 方式可以是末端受动器与微型伺服电机的驱动轴刚性连接，微型伺服电机的机身再与机械 臂刚性连接。也就是说，微型伺服电机的机身与机械臂相对固定，微型伺服电机的驱动轴 与末端受动器相对固定，依靠微型伺服电机的驱动轴相对与机身的旋转来完成末端受动器 相对于机械臂的旋转运动。驱动装置7的数量、安装方式及安装位置可以根据需要任意的选择和布置，也可以不 采用微型伺服电机，而采用其它的驱动装置。本发明的搬运校准装置主要用在半导体晶片加工过程中的晶片传输系统中，传输并校准晶片，搬运可靠、校准精确，既可以应用于大气环境中，又可以应用于真空环境中。 也可以用于搬运校准其它的圆形或非圆形的物件。晶片传输过程中，所述的搬运校准装置即为机械手，包括大气机械手和真空机械手， 分别用于在大气和真空环境中搬运和传递晶片。其抓取晶片并对晶片进行中心定位的原理 是这样的如图10所示，机械手将要取片时，第一取物器2与第二取物器4处于并拢的初始状态， 机械手沿A向向前运动取片。如图11所示，当机械手的末端受动器运动到取片位置时，两个驱动装置7反向运动， 驱动第一末端受动器1和第二末端受动器3同速异向绕铰接点转动，使第一取物器2与第二取 物器4展开呈180度分布。此时，晶片11恰处于第一取物器2与第二取物器4的取物槽8中。此时，如图12所示，机械手处于低位取片，第一取物器2与第二取物器4不与晶片下表 面接触。然后，如图13所示，机械手由下位上升到上位，第一取物器2与第二取物器4的取物槽 8的下部的定位斜面9首先与晶片11接触，此时，晶片ll与末端受动器存在偏心，机械手山 下位上升到上位的过程中，晶片11通过定位斜面9滑到定位平面10，该定位平面10的外形弧 线与晶片ll直径相同，所以，通过此结构可完成对晶片ll的偏心校准与限位，即实现对晶 片ll的中心定位。完成对目标晶片ll的最终抓取。通过上述我们可知，当机械手完成取片动作时，自动完成了对晶片ll的抓取和偏心校 准及限位工作。然后，机械手将对晶片ll的凹口角度位置进行定义。如图14、 15、 16所示，对晶片ll的凹口角度位置进行定义的原理和具体实现过程是这 样的机械手的末端受动器与机械臂5铰接。现有技术，机械臂5只单纯为一过渡连接部件， 而本发明在机械臂5上设置一个校准器6，校准器6为反射型光电传感器。光线发射方向垂直 于晶片ll表面，设置位置为晶片ll的边缘临界点。当机械手取起晶片ll后，两个驱动装置7 为微型伺服电机，两个微型伺服电机同时同向同速转动，驱动第一末端受动器l和第二末端 受动器3同时同向同速转动，第一末端受动器1和第二末端受动器3之间保持相对静止。第一 取物器2与第二取物器4带动晶片11转动。当晶片ll的非凹口位置经过光电传感器时，光线 射在晶片ll表面，反射回该传感器。而当晶片ll的凹口位置经过传感器正下方时，光线通 过凹口漏过晶片没有被反射回传感器，此时传感器认定此位置为晶片ll的凹口位置。并记 录下当前值，然后依照系统设定晶片ll的凹口位置计算出偏差角度，通过旋转到达其预定 位置。完成对晶片ll的凹口角度位置的定义。如图17所示，本发明应用上述搬运校准装置的晶片传输系统较佳的具体实施例，包括 晶片仓、真空锁、真空传输腔、工艺反应腔，所述的晶片传输系统还包括至少一个搬运校
准装置，所述搬运校准装置搬运并校准晶片，并将所搬运晶片从晶片仓依次经过真空锁、 真空传输腔传送到工艺反应腔。本系统主要应用于200毫米及200毫米以下的晶片的传输系统，也可以应用于其它晶片 的传输。如图18所示，本发明的晶片传输系统另一个较佳的具体实施例，在上一个实施例的基 础上还包括大气传输单元，所述搬运校准装置搬运并校准晶片，并将所搬运晶片从晶片仓 依次经过大气传输单元、真空锁、真空传输腔传送到工艺反应腔。主要应用于300毫米晶片 的传输系统，也可以应用于其它晶片的传输。本发明的晶片传输系统与现有技术相比，取消了晶片校准器，节约了设备空间，节省 了设备成本。并取消了晶片送往晶片校准器的传输过程，减少了传输路径时间，提高了生 产传输效率，增大了单位时间产量。实际应用中不限于这两个实施例中所描述的传输路 径，也可用于其它的传输路径，并且都可以根据需要取消晶片校准器。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种搬运校准装置，包括末端受动器，末端受动器的后端与机械臂连接，前端设有取物器，用于抓取物件，其特征在于，所述末端受动器的后端与机械臂铰接；所述的搬运校准装置上还设有驱动装置，可驱动末端受动器绕铰接点转动；所述的搬运校准装置上还设有校准装置，用于对被抓取物件定位校准。
2、 根据权利要求l所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的末端受动器有两个，分 别为第一末端受动器、第二末端受动器，所述第一末端受动器和第二末端受动器的后端分 别与机械臂铰接；前端分别连接有第一取物器、第二取物器。
3、 根据权利要求2所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的第一取物器与第二取物 器分别设有取物槽，二者共同作用实现抓取物件-,所述校准装置包括取物槽下部设有的定位面，用于对被抓取物件进行中心定位。
4、 根据权利要求3所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的定位面包括在取物槽的 卜'部从上至下依次设有的定位斜面和定位平面。
5、 根据权利要求3或4所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的取物槽为弧形。
6、 根据权利要求2所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的驱动装置有两个，分别 与第一末端受动器和第二末端受动器连接，可分别驱动第一末端受动器和第二末端受动器 中-独绕铰接点转动或同速同向绕铰接点转动或同速异向绕铰接点转动。
7、 根据权利要求6所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的驱动装置为微型伺服电 机，设于末端受动器与机械臂的铰接处。
8、 根据权利要求1或3所述的搬运校准装置，其特征在于，所述的校准装置包括设于 机械臂上的校准器，用于对被抓取物进行圆周角度定义。
9、 一种应用上述搬运校准装置的晶片传输系统，包括晶片仓、真空传输腔、工艺反 应腔，其特征在于，所述的晶片传输系统还包括至少一个搬运校准装置，所述搬运校准装 'S搬运并校准晶片，并将所搬运晶片从晶片仓经过真空传输腔传送到工艺反应腔。
10、 根据权利要求9所述的晶片传输系统，其特征在于，还包括大气传输单元，所述 搬运校准装置搬运并校准晶片，并将所搬运晶片从晶片仓依次经过大气传输单元、真空传 输腔传送到工艺反应腔。
全文摘要
本发明公开了一种搬运校准装置及应用该装置的晶片传输系统，包括末端受动器，末端受动器的后端与机械臂铰接，前端设有取物器，用于抓取物件；还包括驱动装置，可驱动末端受动器绕铰接点转动；还包括校准装置，用于对被抓取物件定位校准；取物器上设有取物槽，取物槽下部设有的定位面，用于对被抓取物件进行中心定位；机械臂上设有校准器，用于对被抓取物进行圆周角度定义。主要用在半导体晶片加工过程中的晶片传输系统中，传输并校准晶片，搬运可靠、校准精确，既可以应用于大气环境中，又可以应用于真空环境中。取消了晶片送往晶片校准器的传输过程，减少了传输路径时间，提高了生产传输效率，并简化了系统设备。
文档编号H01L21/67GK101154610SQ20061011336
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月25日 优先权日2006年9月25日
发明者张之山 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司