【CN110091340A】一种晶圆取放机械手【专利】

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110091340 A(43)申请公布日 2019.08.06

(21)申请号 201910374047.7(22)申请日 2019.05.07

(71)申请人 芯导精密（北京）设备有限公司

地址 100176 北京市海淀区中关村南大街

52号3号楼七层726号(72)发明人 张庆钊　陈百捷　姚广军　王镇清　(74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569

代理人 代芳(51)Int.Cl.

B25J 11/00(2006.01)H01L 21/67(2006.01)H01L 21/687(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

CN 110091340 A(54)发明名称

一种晶圆取放机械手(57)摘要

本发明公开了一种晶圆取放机械手，机械手升降机构滑动连接有主臂机构，主臂机构能够相对于机械手升降机构移动，主臂机构转动连接有前臂机构的一端，前臂机构的另一端转动连接有手叉组件的一端，机械手升降机构上设有托盘支架，托盘支架上设有托盘，托盘能够沿X轴运动，手叉组件能够带动晶圆沿Y轴移动，Y轴与X轴空间垂直且均平行于托盘所在的平面，主臂机构或托盘支架上设有三组对射传感器，对射传感器相对于X轴和Y轴静止，对射传感器之间的光线能够同时与晶圆的外径相交。使得晶圆的圆心可以在手叉组件携带晶圆并将晶圆放置到托盘的过程中就自动确定好晶圆圆心的位置，省去了专用的寻圆心工位，还简化了操作流程。

CN 110091340 A

权　利　要　求　书

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1.一种晶圆取放机械手，其特征在于：包括机械手升降机构，所述机械手升降机构滑动连接有主臂机构，所述主臂机构能够相对于所述机械手升降机构移动，所述主臂机构转动连接有前臂机构的一端，所述前臂机构的另一端转动连接有手叉组件的一端，所述手叉组件的另一端用于承托晶圆，所述机械手升降机构上设有托盘支架，所述托盘支架上设有托盘，所述托盘能够沿X轴运动，所述手叉组件能够带动晶圆沿Y轴移动，所述Y轴与所述X轴空间垂直且均平行于所述托盘所在的平面，所述主臂机构或所述托盘支架上设有三组对射传感器，所述对射传感器相对于所述X轴和所述Y轴静止，所述对射传感器之间的光线能够同时与所述晶圆的外径相交。

2.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：三组所述对射传感器相对于所述X轴对称设置。

3.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：所述晶圆的外径与所述对射传感器之间的光线相交时，所述晶圆与所述托盘不接触。

4.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：所述对射传感器设置在所述主臂机构的外筒上，所述外筒不旋转，所述晶圆位于上层的所述对射传感器和下层的所述对射传感器之间。

5.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：所述对射传感器固定设置在所述托盘支架上，所述托盘支架固定设置在所述机械手升降机构的架体上。

6.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：所述托盘设置在移动平台上，所述移动平台通过X轴移动机构与所述托盘支架连接。

7.根据权利要求6所述的晶圆取放机械手，其特征在于：所述X轴移动机构包括固定设置在所述托盘支架上的导块，所述导块中贯穿有导杆，所述导杆的一端与所述移动平台连接，所述导杆的另一端与滑块连接，所述滑块滑动设置在所述托盘支架上，所述滑块上设有丝母，所述丝母套设在丝杠上，所述丝杠的一端与固定设置在所述托盘支架上的电机传动连接。

8.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：三组所述对射传感器所对应的圆弧为劣弧，且所述对射传感器之间的光线相对于所述托盘所在的平面倾斜设置，上侧的所述对射传感器相对于下侧的所述对射传感器在径向远离所述托盘。

9.根据权利要求1所述的晶圆取放机械手，其特征在于：所述托盘支架上还设有缺口传感器。

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说　明　书一种晶圆取放机械手

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技术领域

[0001]本发明涉及集成电路制造和自动化技术领域，特别是涉及一种晶圆取放机械手。背景技术

[0002]在晶圆加工行业中，经常需要在不同的处理单元中搬送晶圆，随着制程精度的提高，晶圆生产过程对洁净度、稳定度、可靠性的要求近乎苛刻，在生产线上已经采用自动化晶圆传输系统来代替人工来对晶圆进行传输。晶圆传输系统的核心在于如何使机械手准确、安全的对晶圆执行取送操作。[0003]例如，为了确保洗边平均洗边宽度达到预定规格，需要进行EBR溶剂喷嘴校准。即机械手按照预先设置的取送位置参数来执行取送操作，在用机械手将晶圆放置在卡盘上时，通过确保机械手的手臂(fork)传送停止时的中心位置与涂布机中卡盘的中心位置重合，来进行EBR溶剂喷嘴校准，确保洗边均匀，无大小边现象。然而，传送过程中会由于机械手的手臂、皮带震动等各种原因导致晶圆中心与手臂中心不重合，当晶圆从机械手送出时，送出的位置已经偏离理想位置(即晶圆中心与与手臂中心重合的位置)，这样最终放在涂布机卡盘时也会发生偏心，进而出现洗边大小边的问题。[0004]传统的做法有两种，一种是机械夹持方法，这种方法精度较低，另一种方法是CCD成像，通过计算机对图形进行分析，确认晶圆中心，这种方法精度高，但成本昂贵，且需要设置额外的寻圆心工位。此外，受限于晶圆盒的空间尺寸限制，无法在机械手的手臂上设置精度较高的寻边传感器阵列，还有一种能够确定晶圆圆心的机械手，其通过在手臂上设置三个反射传感器来确定晶圆的圆弧边，进而运算得出晶圆的圆心位置，但使用的过程中经常出现定位不准确的问题。

发明内容

[0005]本发明的目的是提供一种晶圆取放机械手，以解决上述现有技术存在的问题，使晶圆在被手叉取出的过程中即完成定圆心操作。[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：[0007]本发明提供了一种晶圆取放机械手，包括机械手升降机构，所述机械手升降机构滑动连接有主臂机构，所述主臂机构能够相对于所述机械手升降机构移动，所述主臂机构转动连接有前臂机构的一端，所述前臂机构的另一端转动连接有手叉组件的一端，所述手叉组件的另一端用于承托晶圆，所述机械手升降机构上设有托盘支架，所述托盘支架上设有托盘，所述托盘能够沿X轴运动，所述手叉组件能够带动晶圆沿Y轴移动，所述Y轴与所述X轴空间垂直且均平行于所述托盘所在的平面，所述主臂机构或所述托盘支架上设有三组对射传感器，所述对射传感器相对于所述X轴和所述Y轴静止，所述对射传感器之间的光线能够同时与所述晶圆的外径相交。[0008]优选地，三组所述对射传感器相对于所述X轴对称设置。[0009]优选地，所述晶圆的外径与所述对射传感器之间的光线相交时，所述晶圆与所述

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托盘不接触。

[0010]优选地，所述对射传感器设置在所述主臂机构的外筒上，所述外筒不旋转，所述晶圆位于上层的所述对射传感器和下层的所述对射传感器之间。[0011]优选地，所述对射传感器固定设置在所述托盘支架上，所述托盘支架固定设置在所述机械手升降机构的架体上。[0012]优选地，所述托盘设置在移动平台上，所述移动平台通过X轴移动机构与所述托盘支架连接。

[0013]优选地，所述X轴移动机构包括固定设置在所述托盘支架上的导块，所述导块中贯穿有导杆，所述导杆的一端与所述移动平台连接，所述导杆的另一端与滑块连接，所述滑块滑动设置在所述托盘支架上，所述滑块上设有丝母，所述丝母套设在丝杠上，所述丝杠的一端与固定设置在所述托盘支架上的电机传动连接。[0014]优选地，三组所述对射传感器所对应的圆弧为劣弧，且所述对射传感器之间的光线相对于所述托盘所在的平面倾斜设置，上侧的所述对射传感器相对于下侧的所述对射传感器在径向远离所述托盘。[0015]优选地，所述托盘支架上还设有缺口传感器。[0016]本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

[0017]本发明通过在主臂机构或所述托盘支架上设置三组对射传感器，使得晶圆的圆心可以在手叉组件携带晶圆并将晶圆放置到托盘的过程中就自动确定好晶圆圆心的位置，省去了专用的寻圆心工位，还简化了操作流程。本发明不仅结构简单、精度高，成本也较低。附图说明

[0018]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0019]图1为本发明晶圆取放机械手的立体结构示意图；[0020]其中：1-机械手升降机构，2-主臂机构，3-前臂机构，4-手叉组件，5-托盘支架，6-托盘，7-对射传感器，8-移动平台，9-导块，10-导杆，11-滑块，12-电机，13-缺口传感器。具体实施方式

[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0022]需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。[0023]如图1所示：本实施例提供了一种晶圆取放机械手，包括机械手升降机构1，机械手

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升降机构1滑动连接有主臂机构2，主臂机构2能够相对于机械手升降机构1上下移动，主臂机构2转动连接有前臂机构3的一端，前臂机构3的另一端转动连接有手叉组件4的一端，手叉组件4的另一端用于承托晶圆，手叉组件4能够带动晶圆沿直线移动。本实施例未述及的晶圆取放机械手的具体结构、运动及控制原理均为本领域技术人员所熟知，可参考中国专利一种自带晶圆寻边传感器的机械手(公开号为CN 106558526 A，公开日为2017年4月5日)，在此不再赘述。

[0024]为了实现在取放晶圆的过程中就确定好晶圆的圆心位置，本实施例的晶圆取放机械手相对于传统的机械手的改进之处在于：

[0025]机械手升降机构1的架体上固设有托盘支架5，托盘支架5上设有托盘6和缺口传感器13，托盘6和缺口传感器13均设置在移动平台8上，移动平台8通过X轴移动机构与托盘支架5连接。具体地，X轴移动机构包括固定设置在托盘支架5上的导块9，导块9中贯穿有导杆10，导杆10的一端与移动平台8连接，导杆10的另一端与滑块11连接，滑块11滑动设置在托盘支架5上，滑块11上设有丝母，丝母套设在丝杠上，丝杠的一端与固定设置在托盘支架5上的电机12传动连接，使得托盘6能够沿X轴运动。当然，X轴移动机构的结构不限于此，还可采用齿轮齿条机构，电动推杆机构等，凡是能够驱动移动平台8按照设定的距离移动的机构均可适用。

[0026]手叉组件4带动晶圆沿Y轴移动，Y轴与X轴空间垂直且均平行于托盘6所在的平面。托盘支架5上固定设有三组对射传感器7，对射传感器7相对于X轴和Y轴静止。对射传感器7之间的光线相对于水平面倾斜设置，上侧的对射传感器7相对于下侧的对射传感器7在径向远离托盘6，对射传感器7之间的光线能够同时与晶圆的外径相交，且晶圆的外径与对射传感器7之间的光线相交时，晶圆与托盘6不接触。优选地，三组对射传感器7相对于X轴对称设置，且三组对射传感器7所对应的圆弧为劣弧。三组对射传感器7利用三点定圆心的原理来确定晶圆的圆心位置，其具体的设置位置可根据实际的结构空间情况而适当调整。[0027]本实施例的工作过程为：手叉组件4伸入晶圆盒中获取晶圆，晶圆在手叉组件4相对于前臂机构3的转动、前臂机构3相对于主臂机构2转动的作用下，沿Y轴做直线运动，晶圆运动到托盘6上方设定的位置后停止，然后主臂机构2在机械手升降机构1的作用下沿Z轴向下运动，带动晶圆下落，使得晶圆的外缘进入到三组对射传感器7之间，三组对射传感器7获得信号并传送给处理模块，处理模块计算得出晶圆圆心的实际位置与理论位置在X轴和Y轴上的差值，接着控制X轴移动机构驱动托盘6移动相应的距离，并控制手叉组件4和前臂机构3转动相应的角度以修正晶圆圆心的实际位置，使晶圆圆心的实际位置与托盘6的圆心位置在Z轴方向上对齐，然后主臂机构2沿Z轴向下运动，晶圆放置到托盘6上后，托盘6带动晶圆旋转，缺口传感器13检测到晶圆的缺口后快速定位并由专用照相机解读编码，之后再由手叉组件4托起晶圆离开托盘6并送到指定的位置。[0028]需要说明的是，三组对射传感器7还可以设置在主臂机构2的外筒上，且外筒不旋转，三组对射传感器7与主臂机构2同步上升下降。与对射传感器7设置在托盘支架5上不同的是，在晶圆从晶圆盒中取出沿Y轴运动的过程中，晶圆的圆心位置即被确定。也就是说在主臂机构2沿Z轴下落之前晶圆的圆心位置就已经被确定了，如此能够更快速地确定圆心的位置。

[0029]本实施例不仅适用于晶圆的取放和定圆心，同样适用于任何需要在取放的过程中

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确定圆心位置的圆形片材，以简化定圆心的流程，提高效率。

[0030]本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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说　明　书　附　图

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图1

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