用于为末端执行器提供适合的真空杯的装置、系统和方法与流程

本公开涉及诸如半导体晶片(semiconductor wafers)之类物品的转移，并且更具体地涉及一种适合的真空杯，例如其可以用在用于抓持这种晶片的末端执行器上。

背景技术：

机器人技术的使用作为制造业的权宜之计已经很成熟了，特别是在人力搬运效率低下和/或不受欢迎的应用中。一种这样的情况是半导体领域，其中机器人被用于在各种晶片处理步骤中处理晶片。举例来说，这样的工艺步骤可以包括化学机械平坦化(CMP)、蚀刻、沉积、钝化以及其中必须保持密封和/或“清洁”环境的各种其他工艺，以限制污染的可能性并确保满足各种特定的加工条件。

半导体领域中用机器人处理这些晶片的当前实践通常包括使用可操作地附接到机器人的末端执行器，例如以便将来自加载堆叠的半导体晶片加载到可对应于前述示例性处理步骤的各种处理端口中。也就是说，使用机器人来部署末端执行器以从特定的端口或堆叠中取回晶片，例如在关联的处理室中处理之前和/或之后。晶片因此可以通过与末端执行器连接的机器人穿梭到随后的端口以进行额外的处理。当晶片处理阶段完成时，机器人可以随后将处理后的半导体晶片返回到加载端口，并且可以再次使用末端执行器来取回下一个晶片以供系统处理。典型地，在每个过程运行期间，使用末端执行器以这种方式处理一堆多个半导体晶片。

典型的末端执行器将晶片保持在其底侧上，比如使用由(例如)末端执行器的一部分上的真空抽吸孔眼提供的背侧抽吸。这些真空孔眼的数量通常是多个且位于末端执行器的远端部分处。作为非限制性示例，末端执行器的该远端可以为叉(forked)形、刮刀(spatula)形等。正是这些真空孔眼抓住每个硅晶片，以用于机器人在半导体工艺、晶片对准器、晶片盒等之间进行转移。

在现有技术中，末端执行器的远端部分通常相对于与机器人交接的支承臂是平坦的，末端执行器的远端从该支承臂延伸。这样，将硅晶片抓持到末端执行器的真空孔眼通常比由末端执行器的远端部分提供的平面具有更高的高度轮廓，例如高度为1/4英寸。简而言之，该高高度的轮廓在晶片的底部与末端执行器的远端部分之间提供足够的空间，以避免晶片与末端执行器之间的接触。这种接触是不希望的，因为它可能导致晶片损坏和/或污染。

但是，这种高高度的轮廓的真空孔眼通常会抽吸产生非常差的真空，并且可能不能提供阻止晶片与端部执行器之间接触的期望效果，至少对于具有翘曲轮廓的晶片而言。这种翘曲可能是由在晶片上的处理效果造成的，或者甚至存在于预处理的晶片中。而且，对于已知实施例中的大晶片而言，晶片与末端执行器接触的问题可能会加剧，至少是因为由非适合的真空杯常常抽吸引起的不良真空造成抓持大晶片的更大困难，并且这种不良抓持可能导致晶片在由机器人运输过程中移动或下落。因此，需要一种与末端执行器一起使用的真空杯，其提供改进的真空并且更好地保护与末端执行器相关联的半导体晶片不因真空抓持不足而掉落。

技术实现要素：

所公开的实施例是并且至少包括用于为末端执行器提供真空抓具的装置、系统和方法。所述装置、系统和方法可以包括至少一个真空抽吸孔眼，所述真空抽吸孔眼在其基部与真空连通关联，并且在其最顶端部分处具有比在所述基部更大的横截面圆周；延伸的杯形泡沫部分，其包括接收部分，所述接收部分适于在其中接收所述最上部分的更大横截面圆周；以及线夹，所述线夹具有沿所述延伸的杯形泡沫部分的横截面平面插入的两个腿部，所述两个腿部适于在所述真空抽吸孔眼的第二横截面圆周上的两个切点处将所述接收部分压缩成摩擦接触，所述第二横截面圆周在所述较大横截面圆周下方。

与所述延伸的杯形泡沫部分结合的真空抽吸孔眼可以具有1mm至5mm范围内的总高度，并且更具体地可以具有约2mm的高度。实施例可以包括第二线夹，该第二线夹具有基本上沿着横截面平面插入的两条腿，并且具有基本上垂直于所述第一线夹的所述两条腿的第二两条腿，并且适于在所述真空抽吸孔眼的所述第二横截面圆周上的第三切点和第四切点处将所述接收部分压缩成摩擦接触。

某些实施例可以另外包括末端执行器。末端执行器可以包括至少一个支承臂；中间部分，所述中间部分在第一端连接到所述支承臂；以及在所述中间部分的第二端上连接到所述中间部分的远端。所述远端可以包括至少一个真空抽吸孔眼，所述真空抽吸孔眼在其基部与真空连通关联，并且在其最顶端部分处具有比在所述基部更大的横截面圆周；延伸的杯形泡沫部分，其包括适于在其中接收所述最顶端部分的较大横截面圆周的接收部分；以及线夹，所述线夹包括沿所述延伸的杯形泡沫部分的横截面平面插入的两个腿部，所述两个腿部适于在所述真空抽吸孔眼的第二横截面圆周上的两个切点处将所述接收部分压缩成摩擦接触，所述第二横截面圆周在所述较大横截面圆周下方。因此，这些实施例至少提供一种用于末端执行器的真空杯，其提供改进的真空并且更好地保护与末端执行器相关联的半导体晶片不因真空抓持不足而掉落。

附图说明

示例性的装置、系统和方法将在下文中参照附图进行描述，附图仅作为非限制性示例给出，其中：

图1示出了示例性末端执行器；

图2示出了与末端执行器的远端相关联的示例性真空垫；

图3示出了具有放大的头部的示例性真空抽吸孔眼；

图4示出了具有线保持夹的示例性延伸的杯形泡沫部分；

图5示出了示例性的U形线框；

图6示出了具有线保持夹的示例性延伸的杯形泡沫部分的横截面；

图7示出了具有线框夹的示例性延伸的杯形泡沫部分的横截面；

图8是其上具有半导体晶片的示例性延伸的杯形泡沫部分的轮廓图；

图9示出了安装到子板上的两个U形线框夹；

图10示出了示例性的U形线框插入器；和

图11示出了示例性线框插入器。

具体实施方式

本文提供的附图和描述可以被简化以示出与清楚地理解在此描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚的目的而省略了可以在典型类似装置、系统和方法发现的其他方面。普通技术人员因此可以认识到，其他元件和/或操作对于实现在此描述的装置、系统和方法而言可能是期望的和/或必需的。但是因为所述元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不利于更好地理解本发明，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本发明被视为仍然包括本领域普通技术人员已知的所描述各方面的所有这样的元件、变型和修改。

全文中提供了实施例，以使本发明充分透彻并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、装置和方法的示例，以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且实施例可以以不同的形式来实施。这样，所公开的实施例不应被解释为限制本发明的范围。如上所述，在一些实施例中，可能不详细描述公知的过程、公知的设备结构和公知的技术。

这里使用的术语目的只是为了描述特定实施方式，不应理解为限制性的。除非另有说明，单数形式“一(a)”、“一种(an)”和“所述”应该还包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，因此指定所阐明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须按照所讨论或示出的特定顺序来对它们各自的性能进行解释，除非被明确地标识为优选或所需的性能顺序。还应该理解的是，可以采用附加的或替代的步骤代替或结合所公开的方面。

当元件或层被称为“在...上”、“在...之上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，除非另有明确说明，其可以直接在另一元件或层上，或者可以存在中间元件或层。相反，如果指出一部件“直接在另一元件或层上”、“直接连接于另一元件或层上”、或“直接耦合到另一元件或层上”，则表示不存在中间元件或层。用于描述元素之间的关系的其他词语应该以类似方式进行解释(例如，“在。。。之间”对“直接在。。。之间”，“相邻”对“直接相邻”等。)，此外，这里使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任意和所有组合。

另外，虽然术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受这些术语限制。这些术语可能仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分。因此，除非在上下文中明确指出，否则诸如“第一”、“第二”以及其他数字术语之类的术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。

因此，所公开的实施例提供了一种低轮廓真空杯，其具有合适的、周向延伸的杯形部分，该杯形部分可以由泡沫或海绵形成，例如优选具有ESD特性的基于硅的泡沫。延伸的真空杯可以至少部分地围绕已知真空抽吸孔眼的周边延伸，真空抽吸孔眼通常与末端执行器相关联。

该延伸的真空杯可以具有穿过其中的线夹，以允许其大体上摩擦地接合在已知的真空抽吸孔眼周围。线夹可以嵌入泡沫内，使得泡沫可以在已知的真空抽吸孔眼的上圆周或“头部”上方被拉伸，并且一旦位于头部顶部，线夹就可以“卡合”以沿着真空孔眼头部的下侧摩擦地压缩泡沫的一部分，所述真空孔眼头部的下侧的周长小于上头部的最大周长。该线夹可以是“U形”，其沿着真空抽吸孔眼头部的圆周上的两个相对的切点提供平行的线夹。而且可以设置两个U形夹(例如基本上彼此垂直)，由此提供两组平行的线夹，将泡沫摩擦地压靠在真空抽吸孔眼头部的四个切点上。一旦泡沫被拉伸到真空抽吸孔眼上，该保持夹就重新适应泡沫，以允许延伸部分基本上摩擦地粘附在孔眼部分上。

需要注意的是，在此仅通过非限制性示例公开了U形夹，U形可以方便地提供平行延伸的线部分，以便在插入泡沫之后能够实现所需的双切点摩擦接触并且可以另外提供抓握元件以容易地插入，即，U形的基部。例如，U形可以允许抓住U形的基部以将平行的线部分(即，U形的“腿”)穿过泡沫，并且腿部在插入之后的暴露部分可以朝向彼此弯曲，以提供最初U形的线夹的基本矩形的最终形式。

通过线夹施加在延伸的杯形泡沫部分内的“环形孔”的任一侧上的压力以及用于提供延伸杯的泡沫的自密封性质导致泡沫围绕真空抽吸孔眼头部压缩，并密封在孔眼头部和线周围，从而当硅晶片与孔眼及其泡沫延伸杯接触时防止真空抽吸的泄漏。更具体地，延伸的杯形泡沫部分因此增强了孔眼的真空抽吸，由此在某些公开的实施例中，对于真空抽吸眼孔来说，较高的高度轮廓(例如在现有技术中通常使用的)不是必需的。此外，由某些实施例提供的增强真空比现有技术更好地处理不规则表面和大晶片。

在特定实施例中，延伸杯在相应末端执行器的平面上方的高度可以在1mm-5mm范围内，例如2mm。因此，由末端执行器的表面提供的平面之上的真空抽吸孔眼的高度仅需要与延伸杯的高度大致相同。这与已知技术相反，其中如上所述，真空抽吸孔眼的典型高度为7.5mm，即1/4英寸。

如在全文中所提及的，延伸杯可以优选地适合于拉伸和压缩，至少是为了允许延伸杯使其环形孔在真空孔眼头部上延伸，然后允许泡沫内的线框压缩孔眼周围的泡沫，以便将延伸杯的孔摩擦地粘附在真空孔眼周围。另外，可能优选的是泡沫不受电荷累积的影响，以便最好地防止硅晶片或其上形成的器件的损坏，并且因此泡沫可以至少部分地由硅形成。

图1示出了具有与其相关联的真空抓具的示例性末端执行器10。在图示中，支承臂12具有与其相关联的特定电子或机电元件14以允许末端执行器与机器人技术的互操作，并且包括在所述电子和机电元上的帽16。图1中进一步示出的是机器人凸缘20，其允许将这些电子和机电元件与致动所述末端执行器10的一个或多个机械臂相关联，使得其可以在晶片处理步骤之间移动晶片。

在图1中还示出了末端执行器10的叉形远端22，其与多个(例如，如图所示的三个)真空垫30相关联以在其上接收硅晶片。值得注意的是，远端22可以是任何已知的形状，例如所示的叉子或刮刀形状。在图1的实施例中另外可见的是在支承臂12与末端执行器的远端22之间的中间部分32，其中示例性的中间部分32包括一个或多个弯曲、曲线或角部40用于另外防止与真空垫30相关联的硅晶片的下侧与远端22、中间部分32或支承臂12接触。

图1所示真空垫30包括真空抽吸孔眼接收部分50，即“环形孔”，其在其开放的内圆周内接收真空抽吸孔眼52。真空抽吸孔眼52可以是现有技术中所发现的类型，例如可以由橡胶、塑料等形成。从孔眼接收部分50延伸到真空垫30的最外圆周60的是延伸的杯形泡沫部分62，其提供围绕真空抽吸孔眼52的第二圆周。虽然全文中参考了延伸的杯形泡沫部分，但是本领域技术人员可以理解，该特征可以由多种材料中的任何一种形成，例如包括各种类型的泡沫。

图2更具体地示出了与远端22相关联的示例性真空垫30。如图所示，孔眼52可以从其基部52a到其最顶端或“头部”52b周向地变化。该周向变化可以提供孔眼52的一部分，例如正好在头部52b下方，线保持夹102可以摩擦地接合该部分，以将延伸的杯形泡沫部分62保持在孔眼52上方。

因此，如图2很明显地，延伸的杯形泡沫部分62可以具有比孔眼52的最顶端部分52a的圆周大得多的圆周。此外，线框102可以延伸穿过延伸的杯形泡沫部分62，例如延伸的杯形泡沫部分62的最顶端部分和延伸的杯形泡沫部分62的最底部分之间的大致中间。作为非限制性示例，线框102可以由不锈钢构成。

图3示出了示例性孔眼52，该孔眼52具有相对于其基部圆周52b扩大的头部52a。如图3所示，U形线框102基本穿过延伸的杯形泡沫部分62的中心放置，线腿部202之间的线框102的连接部分提供了可以用于插入腿部202的连接部204，并且其中腿部202的暴露端部206彼此弯曲，其腿部202从延伸的杯形泡沫部分62突出的部分。此外，线框102的腿部202说明性地接合在孔眼52的头部52a正下方。因此，U形线框102提供夹持件，该夹持件将延伸的杯形泡沫部分62保持在真空抽吸孔眼52上方。

图4示出了延伸的杯形泡沫部分62具有线保持夹102，线保持夹102恰好在延伸的杯形泡沫部分62与典型的真空抽吸孔眼52相关联之前穿过其中，该真空抽吸孔眼具有从最顶端部分52a到最下部分52b变化的圆周，其中最顶端部分52a具有较大的顶部圆周以将线夹102保持在下方。因此，在足够柔韧的接收部分50已经被拉伸到最顶端部分52a上之后，穿过延伸的杯形泡沫部分62的线夹102可以抓紧在孔眼52的最顶端部分52a下面。

图5示出了可以穿过延伸的杯形泡沫部分62的横截面平面的示例性U形线框102，以允许操作本文讨论的保持线夹102。如图所示，线框102可以具有U形形状，但是可以提供其他线框形状和类型。作为非限制性示例，线腿部202可以在其尖端206处成角度或尖部502，以便允许线框102容易地穿过延伸的杯形泡沫部分62的横截面。不用说，U形线框102的腿部202之间的垂直距离可以稍小于真空抽吸孔眼52a的最顶端直径，和/或大约等于孔眼52上的点处的孔眼52的直径，在所述点处，线框102粘附到孔眼52上，由此即使当施加低水平的力(例如，抽真空和/或放置晶片)时，线夹将适当地将延伸的杯形泡沫部分62保持在孔眼上的适当位置。

图6示出了延伸的杯形泡沫部分62的横截面，其具有被夹在真空抽吸孔眼52的最顶端圆周52a正下方的线保持夹102。如图所示，线保持夹102可最基本上在两点处收缩或实质上收缩圆周延伸的杯形泡沫部分62，以便在真空弧形孔眼52的圆周上的这两个点处提供切向摩擦。因此，优选的是，这两个点位于沿着真空抽吸孔眼52的直径的基本相对的点上。

图7示出了延伸的杯形泡沫部分62与穿过其中的线框102的物理关联的横截面，其具有穿过其中的真空抽吸孔眼52，该真空抽吸孔眼52经由紧固件602(例如，经由螺纹)紧固到末端执行器的远端部分22，并且具有一个或多个通向真空抽吸孔眼52的基部52b的真空通道604。作为非限制性示例，延伸的杯形泡沫部分62可以具有在由末端执行器的远端22提供的平面上方延伸的高度，作为非限制性示例，该高度为2mm。此外，延伸的杯形泡沫部分62可以是高度合适的结构，例如以允许延伸的杯形泡沫部分62的内圆周50紧贴真空抽吸孔眼52的最顶端圆周52a上，之后线框102可以压缩延伸的杯形泡沫部分62的内圆周50，使得延伸的杯形泡沫部分62由此保持在真空抽吸孔眼52周围。

此外，延伸的杯形泡沫部分62的适合的特性可以允许对半导体晶片上的不规则表面、硅晶片上的工艺形成(例如焊料凸块等)以及较大的晶片提供适应性及改善的真空度。以上是所有实施例，其中现有技术中的刚性真空孔眼提供较差的真空密封和较高的轮廓高度，这也导致较差的真空度和较差的适应性。

图8提供了延伸的杯形泡沫部分62与半导体晶片802物理结合的轮廓图。在图示中，延伸的杯形泡沫部分62的开孔格式贴合并密封到由硅晶片802提供的不规则的、倾斜的和凹凸的表面。

图9示出了其中设置有两个U形线框夹102a，102b作为保持夹的某个实施例。本领域技术人员将理解，具有平行延伸腿部202的第二U形线夹102b的添加提供了第二线框102b与孔眼52的两个另外的切向摩擦接触点。由此，来自线框102a，102b的四个腿部202的总共四个切向摩擦接触点提供了延伸的杯形泡沫部分62与真空抽吸孔眼52的增强物理关联。

图10提供了与所公开的线框102和延伸的杯形泡沫部分62一起使用的U形线框插入器1002的示例性实施例。如图所示，U形线框102可以以其腿部202面向延伸的杯形泡沫部分62的方式插入到滑动器支架1004的汽缸1003中，所述滑动器支架1004可以与低摩擦滑动器1006可滑动地相关联，例如在支架1004的基部处。简而言之，汽缸1003可以在支架1004上滑动以刺穿延伸杯62，使得线夹框102的线腿部202的端部可以被接收到与滑动支架1004相反的延伸杯62一侧的汽缸1003中。此外，延伸的杯形泡沫部分62可以放置在卡盘1010上，例如可以具有从卡盘1010向上延伸的中心保持部分1012，该中心保持部分1012大致匹配延伸的杯形泡沫部分62的内圆周50的尺寸，以最终接收汽缸1003和线腿部202的插入。

图11是示例性线框插入器1002的更靠近的图示。如图11所示，锁定板1102可以插入延伸的杯形泡沫部分62的顶部，以便相对于卡盘1010将延伸的杯形泡沫部分62锁定就位。此外，在卡盘1010的靠近滑动支架1004的部分处可以设置导板1110，通过该导板1110可以将汽缸1003引导至延伸的杯形泡沫部分62的适当的横截面平面，在所述横截面平面处将接收线腿部202。由此，当向前推动滑动支架1004时，汽缸1003可以穿过导板1110，以允许最终插入汽缸1003中的线腿部202以期望的高度和位置进入延伸的杯形泡沫部分62。一旦腿部202被完全插入，滑动支架1004可以滑开以移除汽缸1003，现在从延伸的杯形泡沫部分62的近端弧形(相对于支架1004)突出的线腿部202可以弯曲以完成线夹，卡盘1010顶上的锁1102可以被移除，并且延伸的杯形泡沫部分62可以沿着卡盘1010的中心延伸部分向上滑动以便移除。当然，本领域技术人员将会理解，可以提供用于线夹框102的其他插入机构，并且因此上述插入器1002仅作为示例被提供。

这样，延伸的杯形泡沫部分提供了增强的密封，以提高对用于半导体加工的粗糙表面几何形状的真空附着，例如焊料凸块表面、沟槽式晶片、沟槽式太阳能电池、具有不均匀翘曲的大晶片等。此外，可以在延伸的杯形泡沫部分中使用的例如导电硅泡沫的开孔结构在施加真空时容易压缩和密封，由此增强由真空抽吸孔眼抽出的真空。而且，对于延伸的杯形泡沫部分提供的最高高度轮廓略高于真空抽吸孔眼的最高高度轮廓的程度，合适的顶部真空表面容易符合倾斜的几何形状和随机表面，从而当延伸的杯形泡沫部分被真空抽吸压缩时，为这些表面提供改进的密封。

并且如所提到的那样，线夹插入并穿过延伸的杯形泡沫部分不会减少真空抽吸，部分是因为延伸的泡沫部分是顺从的并且贴合金属夹以便密封任何真空泄漏。如上所述，相较先前的实施例，延伸的杯形泡沫部分的这种性质同样增强了由真空抽吸孔眼所抽取的真空。

此外，提供本发明的描述以使得本领域的任何技术人员都能够实现或使用所公开的实施例。对于本领域技术人员而言，对本发明的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可将本文定义的一般原理应用于其他变型。因此，本发明不受限于本文所描述的示例和设计，而是被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。