机械手臂及其晶圆传送装置与晶圆检测机台的制作方法

本发明涉及半导体设备制造领域，特别涉及一种机械手臂及其晶圆传送装置与晶圆检测机台。

背景技术：

在传统的晶圆缺陷检测机台中，往往通过机械臂来传送晶圆(wafer)，并通过翻转晶圆的方式来检测晶圆是否出现异常。为此，机械臂需要具备较高的可靠性。

目前的机械臂大多通过真空来吸附固定晶圆，并通过控制翻转角度来实现晶圆的翻转。但是真空吸附的可靠性难以很好的保证，如果发生真空丢失或碰撞，则容易导致晶圆脱落，造成晶圆碎片、刮伤等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种机械手臂及其晶圆传送装置与晶圆检测机台，能够更为安全和可靠的承载晶圆，确保晶圆在传送或翻转过程中不易脱落，以此保障晶圆的质量，降低生产成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种机械手臂，用于承载晶圆，包括第一支撑臂、第二支撑臂、驱动单元以及真空单元；

所述第一支撑臂与所述第二支撑臂相对设置，所述第一支撑臂的一端设有一第一握持部，所述第二支撑臂的一端设有一第二握持部；

所述驱动单元分别连接所述第一握持部与所述第二握持部，以驱动所述第一握持部与所述第二握持部相对运动而实现晶圆的夹持；

所述真空单元包括设置于所述第一支撑臂和所述第二支撑臂上的吸附孔，以通过所述吸附孔真空吸附所述晶圆的边缘。

进一步的，所述机械手臂还包括通讯连接的感知单元和控制单元；

所述感知单元设置于所述第一支撑臂和所述第二支撑臂上，以感知所述晶圆相对于所述机械手臂的位置，并将感知到的位置信息提供给所述控制单元；

所述控制单元与所述驱动单元通讯连接，用于根据接收到的所述晶圆相对于所述机械手臂的位置信息，通过所述驱动单元控制所述第一握持部与所述第二握持部的转动状态，和/或，

所述控制单元与所述真空单元通讯连接，用于根据接收到的所述晶圆相对于所述机械手臂的位置信息，通过所述真空单元控制所述第一支撑臂和所述第二支撑臂上的所述吸附孔的真空压力值。

进一步的，所述感知单元包括第一传感器和第二传感器；所述第一传感器设置于所述第一支撑臂上，所述第二传感器设置于所述第二支撑臂上；

所述第一传感器用于感知所述晶圆相对于所述第一支撑臂的第一位置，并将感知到的第一位置信息提供给所述控制单元；

所述第二传感器用于感知所述晶圆相对于所述第二支撑臂的第二位置，并将感知到的第二位置信息提供给所述控制单元；

所述控制单元用于根据接收到的所述第一位置信息和所述第二位置信息，获得所述晶圆相对于所述机械手臂的位置信息，并根据所述位置信息通过所述驱动单元控制所述第一握持部和所述第二握持部的转动状态，和/或，

所述控制单元用于根据接收到的所述第一位置信息和所述第二位置信息，获得所述晶圆相对于所述机械手臂的位置信息，并根据所述位置信息通过所述真空单元控制所述第一支撑臂和所述第二支撑臂上的所述吸附孔的真空压力值。

进一步的，所述控制单元还用于根据接收到的所述晶圆相对于所述机械手臂的位置信息，判断所述晶圆是否处于一目标位置；

当所述晶圆处于所述目标位置时，所述控制单元控制所述驱动单元驱动所述第一握持部与所述第二握持部夹持所述晶圆，和/或通过所述真空单元控制所述第一支撑臂和所述第二支撑臂上的所述吸附孔以不为零的真空压力值真空吸附所述晶圆的边缘。

进一步的，所述第一传感器与所述第二传感器的连线设置在晶圆的直径方向上，且所述第一传感器相对于所述第二传感器的直线距离大于晶圆的直径。

进一步的，所述第一传感器和/或所述第二传感器为光电传感器或压电传感器。

进一步的，所述第一传感器邻近所述第一握持部设置，所述第二传感器邻近所述第二握持部设置。

进一步的，所述机械手臂还包括限位单元，所述限位单元设置于所述第一支撑臂和所述第二支撑臂之间，并用于在所述晶圆的一侧限制所述晶圆的位移。。

进一步的，所述机械手臂还包括通讯连接的感知单元和及控制单元；

所述感知单元设置于所述限位单元上，以感知所述晶圆相对于所述机械手臂的位置，并将感知到的位置信息提供给所述控制单元；

所述控制单元与所述限位单元通讯连接，用于根据接收到的所述晶圆相对于所述机械手臂的位置信息，控制所述限位单元的工作状态。

进一步的，所述感知单元包括第三传感器，所述第三传感器用于感知所述晶圆相对于机械手臂的第三位置，并将感知到的第三位置信息提供给所述控制单元；

当所述控制单元根据接收到的所述第三位置信息确定所述晶圆处于一目标位置时，控制所述限位单元止抵住晶圆的侧面。

进一步的，所述限位单元包括一挡块，所述挡块具有一吸附面，用于真空吸附所述晶圆的边缘。

进一步的，所述第一支撑臂的另一端与所述第二支撑臂的另一端铰接，且所述第一支撑臂和所述第二支撑臂能够相对运动。

进一步的，所述第一握持部和/或所述第二握持部设有一凹槽，所述凹槽用于容置所述晶圆的边缘。

根据本发明的另一个方面，提供了一种晶圆传送装置，包括所述的机械手臂。

根据本发明的又一个方面，提供了一种晶圆检测机台，包括所述的机械手臂。

根据本发明提供的技术方案，对于承载晶圆的机械手臂，其上设置有能够真空吸附晶圆之边缘的吸附孔，以及能够相向或背向转动的第一握持部和第二握持部，因此，在实际使用中，既可以通过吸附孔真空吸附晶圆的边缘，又能够借助于两个握持部夹持住晶圆，这样的承载方式，可以更好的保护晶圆在传送尤其在翻转过程中的安全性和可靠性，可以防止因真空吸附失效所导致的晶圆脱落，碎片、刮伤等问题，从而保证晶圆承载的可靠性和安全性，以此保证晶圆的质量，降低生产成本。

在一个优选的实施例中，所述机械手臂还包括限位单元，所述限位单元设置于所述第一支撑臂和所述第二支撑臂之间，并用于在所述晶圆的一侧限制所述晶圆的位移，更进一步有效的保护了晶圆。更为优选的，所述限位单元包括挡块，所述挡块具有吸附面，用于真空吸附所述晶圆的边缘，进一步提升了晶圆承载的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例的机械手臂于松开晶圆时的结构示意图；

图2图1所示的机械手臂于夹持晶圆时的结构示意图。

图中：

机械手臂-100，晶圆-200，第一支撑臂-10，第二支撑臂-20，第一握持部-11，第二握持部-21，驱动单元-30，控制单元-40，第一握持部-51，第二握持部-52，限位单元-60。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例对本发明提出的机械手臂及其晶圆传送装置与晶圆检测机台作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

图1为本发明一实施例提供的机械手臂于松开晶圆时的结构示意图，图2为图1所示的机械手臂于夹持晶圆时的结构示意图，如图1和图2所示，一种机械手臂100，可以用于承载晶圆200，包括但不限于通过机械手臂100实现晶圆200在各个工艺腔室之间的传送，例如还便于通过机械手臂100翻转晶圆200来实现晶圆表面缺陷的检测。

所述机械手臂100可包括第一支撑臂10、第二支撑臂20和驱动单元30。所述第一支撑臂10与第二支撑臂20相对设置，且所述第一支撑臂10的一端设有第一握持部11，所述第二支撑臂20的一端设有第二握持部21。所述驱动单元30分别连接第一握持部11和第二握持部21，并用于驱动第一握持部11与第二握持部21相向或背向转动，从而用来夹持或松开晶圆200。例如，图1中的第一握持部11可向下转动至图2所示的位置来贴合晶圆的边缘。同理，图1中的第二握持部21可向上转动至图2所示的位置来贴合晶圆的边缘。

可以理解的是，当所述第一握持部11和第二握持部21相向转动时，所述机械手臂100可以用于夹持晶圆200；当所述第一握持部11和第二握持部21背向转动时，所述机械手臂100可以松开晶圆200。

进而，为了提升机械手臂100承载晶圆200的安全性和可靠性，所述机械手臂100还可包括真空单元，所述真空单元包括吸附孔，具体的，所述第一支撑臂10和第二支撑臂20上均设置有所述吸附孔，但每个支撑臂上吸附孔的数量不作特别的限制。从而，所述机械手臂100可通过第一支撑臂10上的吸附孔以及第二支撑臂20上的吸附孔来真空吸附晶圆200的边缘(该边缘主要是晶圆200之反面的边缘)。

本实施例中，所述真空单元可包括真空管道，与吸附孔相连通。优选的，各个支撑臂的内腔形成一个真空通道，结构较为简单。且所述真空通道可进一步连接外部的真空发生器。为了便于检测和吸附，所述吸附孔优选设于支撑臂朝向晶圆之反面的表面上，更优选，多个吸附孔沿着晶圆的周向分布，例如在晶圆周向上局部区域分布，以在局部位置吸附晶圆，更具体的，可以在晶圆直径的两端分布有吸附孔。

除此之外，所述第一握持部11和第二握持部21既可以由同一个驱动单元30驱动其转动，也可以由不同的驱动单元30驱动其转动。为了降低结构和操作的复杂程度，优选仅一个所述驱动单元30同步驱动第一握持部11和第二握持部21相向或背向转动(即相对运动)。可选的，所述驱动单元30包括电机和传动机构，所述电机驱动传动机构运动，所述传动机构进而带动相应的握持部转动。可选的，所述电机设置于第一支撑臂10和第二支撑臂20相连接的部位，比如设置于第一支撑臂10和第二支撑臂20相铰接的位置。

结合上述实施例，所述机械手臂100的工作原理为：当晶圆200相对于机械手臂100处于目标位置时，所述驱动单元30驱动第一握持部11和第二握持部21相向转动，以在晶圆200的侧面夹紧晶圆200，同时所述真空单元通过第一支撑臂10和第二支撑臂20上的吸附孔真空吸附晶圆200的边缘，如此一来，便将晶圆200牢固固定在机械手臂100上。

相比单纯地真空吸附晶圆200，本实施例的机械手臂100还设置有类似于手指关节的握持部，通过两个握持部实现晶圆的夹持，起到了双重保护的作用，因此，可以更好的保障晶圆在传送尤其在翻转过程中的安全性和可靠性，也可以防止因真空吸附失效所导致晶圆不合格的问题，从而提升晶圆的质量，降低生产成本。

本实施例中，所述第一支撑臂10的另一端和第二支撑臂20的另一端均优选活动设置，以使得第一支撑臂10和第二支撑臂20能够相向或背向运动，从而便于调整第一支撑臂10和第二支撑臂20所限定形成的容置空间的大小，以使得机械手臂100能够承载不同尺寸的晶圆。可选的，所述第一支撑臂10的另一端和第二支撑臂20的另一端相铰接，从而将机械手臂100构造成能够开合的结构，结构较为简单，操作更为方便。优选地，所述第一支撑臂10和第二支撑臂20的结构相同，从而简化机械手臂100的结构，使得机械手臂100的同步效果更好。

在一个优选的方案中，所述机械手臂100还可包括通讯连接的感知单元和控制单元40。所述感知单元优选包括第一传感器51和第二传感器52。所述第一传感器51设置于第一支撑臂10上，所述第二传感器52设置于第二支撑臂20上。

所述感知单元用于感知晶圆200相对于机械手臂100的位置(具体是装配位置)，并将感知到的位置信息提供给控制单元40。所述控制单元40与驱动单元30通讯连接，用于根据接收到的晶圆200相对于机械手臂100的位置信息，通过所述驱动单元30控制第一握持部11与第二握持部21的转动状态，以此实现晶圆的夹持状态(夹持或松开)。

优选的，所述控制单元40与所述真空单元通讯连接，用于根据接收到的所述晶圆200相对于所述机械手臂100的位置信息，通过所述真空单元控制所述第一支撑臂10和所述第二支撑臂20上的所述吸附孔的真空压力值，以此控制晶圆的真空吸附状态(开启真空吸附或关闭真空吸附)。

具体来说，所述控制单元40还用于根据接收到的所述晶圆200相对于所述机械手臂100的位置信息，判断所述晶圆200是否处于一目标位置。若根据所述位置信息，能够确定所述晶圆200已处于所述目标位置时(即晶圆200在机械手臂100上正确的安装姿态)，所述控制单元40便可控制驱动单元30驱动第一握持部11与第二握持部21相向转动来夹持晶圆200。当然，若根据所述位置信息，所述控制单元40能够确定所述晶圆200已处于所述目标位置时，所述控制单元40还可控制真空单元以不为零的真空压力通过吸附孔吸附晶圆。

本实施例中，所述控制单元40可通过相关运算获取各个握持部的转动角度，进而由驱动单元30控制各个握持部转动至目标角度，以使得握持部能够准确地贴合晶圆的边缘。所述控制单元40可采用现有的PLC控制器、单片机、微处理器等，本领域技术人员可在本申请公开基础上结合本领域的公知常识能够知晓如何选择。

更为优选的，所述感知单元感知所述晶圆200相对于机械手臂100的位置的方法是：

由所述第一传感器51感知晶圆200相对于第一支撑臂10的第一位置，并将感知到的第一位置信息提供给控制单元40；

与此同时，由所述第二传感器52感知晶圆200相对于第二支撑臂20的第二位置，并将感知到的第二位置信息提供给控制单元40；

之后，所述控制单元40根据接收到的所述第一位置信息和所述第二位置信息，获得晶圆200相对于机械手臂100的位置信息(即位置姿态)。

由此可见，所述晶圆相对于机械手臂的位置是由第一位置和第二位置来限定的，只有当第一传感器51和第二传感器52同时感知到相应的位置信息时，所述控制单元40才可以确定晶圆已处于一个预定的目标位置，以便于进行夹持或真空吸附操作。但是，所述第一传感器51和第二传感器52中的任意一个的类型不作特别的限定，比如可选择光电传感器或压电传感器。

本实施例中，所述晶圆200相对于机械手臂100具有一个目标位置，该目标位置可以是：晶圆的直径与第一传感器51和第二传感器52的连线在同一条直线上，此时，可以大体上确定晶圆200已放置到位。当然，为了能够顺利将晶圆200装入支撑臂之间，所述第一传感器52相对于第二传感器52的直线距离需大于晶圆的直径。

优选的，所述第一传感器51邻近所述第一握持部11设置，所述第二传感器52邻近所述第二握持部21设置，以便于所述控制单元40根据第一握持部11相对于第一传感器51的位置、以及第二握持部21相对于第二传感器52的位置，来确定第一握持部11和第二握持部21的转动角度来夹持晶圆。

进一步的，所述机械手臂100还可包括限位单元60，设置于第一支撑臂10和第二支撑臂20之间，用于在所述晶圆200的一侧限制所述晶圆200的位移，且所述限位单元60优选与感知单元相结合来限定晶圆200相对于机械手臂100的位置。所述控制单元40可与限位单元60通讯连接，用于根据接收到的晶圆相对于机械手臂的位置信息，控制所述限位单元60的工作状态。

例如，当所述控制单元40确定所述晶圆处于所述目标位置时，便控制限位单元60动作以在所述晶圆200的一侧止抵住晶圆200的侧面。优选的，所述感知单元还包括第三传感器，所述第三传感器用于感知所述晶圆相对于机械手臂的第三位置信息，所述控制单元40优选根据接收到的所述第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息，才能确定所述晶圆已处于所述目标位置。然而，在其他实施例中，所述控制单元40亦可仅根据第三传感器感知到的第三位置信息来控制限位单元的动作。

本实施例中，所述第一传感器51、第二传感器52和第三传感器呈三角形分布，从而能够正确定位晶圆200相对于机械手臂100的位置，不仅定位准确，而且使得机械手臂100的操作更为方便，效率更高。进一步的，所述限位单元60可包括挡块，通过挡块的一侧面止抵住晶圆的侧面。优选的，所述挡块还具有真空吸附晶圆之边缘的吸附面。这里，除通过第一支撑臂10和第二支撑臂20上的吸附孔吸附晶圆的边缘外，还通过限位单元60来真空吸附晶圆的边缘，晶圆的防护效果更好。

可选地，所述第一握持部11以及第二握持部21均在朝向晶圆侧面的表面上开设有凹槽，以使得晶圆200的边缘可以伸入到凹槽内，凹槽的侧壁可以止抵住晶圆200的边缘，当两个握持部之凹槽的侧壁同步止抵住晶圆200的边缘时，所述机械手臂100便夹持住晶圆200。优选地，所述凹槽为V形槽，由于V形槽的槽壁与晶圆200的表面和边部的接触面积较小，故而可以在一定程度上防止晶圆200的表面磨损，确保晶圆200的质量。其中，更为优选地，所述凹槽的两个侧壁可以关于该两条侧壁的交线对称设置，可以保证机械手臂100夹持晶圆200的可靠性，还可以进一步减小凹槽与晶圆200的接触面积。同理，所述限位单元60之挡块也可设置凹槽来容置晶圆的边缘，凹槽优选为V形槽。

此外，本发明实施例还提供了一种晶圆传送装置，包括所述机械手臂100，通过该机械手臂100来传送晶圆200。

另外，本发明实施例还提供了一种晶圆检测机台，包括所述机械手臂100，通过该机械手臂100来翻转晶圆200，以检测晶圆表面是否存在缺陷。

根据本发明实施例提供的技术方案，对于承载晶圆的机械手臂，其上设置有能够真空吸附晶圆之边缘的吸附孔，以及能够相向或背向转动的第一握持部和第二握持部，因此，在实际使用中，既可以通过吸附孔真空吸附晶圆的边缘，又能够借助于两个握持部夹持住晶圆，这样的承载方式，可以更好的保护晶圆在传送尤其在翻转过程中的安全性和可靠性，可以防止因真空吸附失效所导致的晶圆脱落，碎片、刮伤等问题，从而保证晶圆承载的可靠性和安全性，以此保证晶圆的质量，降低生产成本。

在一个优选的实施例中，所述机械手臂还包括限位单元，所述限位单元设置于所述第一支撑臂和所述第二支撑臂之间，并用于在所述晶圆的一侧限制所述晶圆的位移，更进一步有效的保护了晶圆。更为优选的，所述限位单元包括挡块，所述挡块具有吸附面，用于真空吸附所述晶圆的边缘，进一步提升了晶圆承载的安全性和可靠性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。