晶圆抓取装置及半导体加工设备的制作方法

本实用新型涉及半导体集成电路的制造领域，特别涉及一种晶圆抓取装置及半导体加工设备。

背景技术：

在半导体集成电路的制造工艺中，随着集成电路工艺导线越来越窄，能耗越来越低的趋势，每一片晶圆都极其宝贵。然而，在实际生产中，经常需要通过机械臂将晶圆从晶圆盒中抓取出来并运输到下一个工艺制程的加工机台上，在晶圆运输过程中经常发生机械臂刮伤晶圆而导致晶圆报废的问题，且经常因没有及时发现机械臂造成的刮伤缺陷以及没有及时阻止造成该缺陷的风险点而造成大量成本损失。为了解决这一问题，我们分析了机械臂刮伤晶圆的原因，具体如下：晶圆盒中放置的相邻两晶圆之间的间距都很小，若机械臂没有准确地找到相邻晶圆与晶圆之间的安全空隙，那么，抓取晶圆的时候机械臂就因距离晶圆过近而刮擦或碰撞到晶圆，进而导致晶圆表面刮伤等缺陷，甚至导致晶圆的破损，最终导致晶圆报废。另外，因为生产设备在实际生产中除了正常保养以外都是在不停运转生产作业的，所以，机械臂在经过长时间的机械运动之后，可能会产生固定机械臂的螺丝松动等问题而导致机械臂倾斜，进而导致机械臂原先矫正的抓取位置发生偏移，如果没有及时发现问题，而是继续去抓取晶圆，也会导致机械臂在抓取晶圆的时候刮擦或碰撞到晶圆而使晶圆表面产生刮伤等缺陷，甚至导致晶圆的破损，最终导致晶圆报废。因此，如何及时发现抓取晶圆的机械臂是否倾斜并保证机械臂准确地抓取晶圆成为亟须解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种晶圆抓取装置及半导体加工设备，能够及时发现抓取晶圆的机械臂是否倾斜并准确地抓取晶圆，以避免机械臂抓取晶圆造成的晶圆表面缺陷以及晶圆破损问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种晶圆抓取装置，包括：

机械臂，具有用于从晶圆盒中抓取晶圆的前端，以及，连接前端并带动所述前端运动至所述晶圆盒中相邻晶圆之间的安全位置的后端；

用于检测所述晶圆盒中每片晶圆的放置位置的晶圆位置感应器，所述晶圆位置感应器设置于所述机械臂上；

用于检测所述机械臂的水平状态的水平感应器，所述水平感应器设置于所述机械臂上；以及，

用于驱动所述机械臂运动的电机，连接所述机械臂的后端。

可选的，所述晶圆位置感应器具有两个，分别设置于所述机械臂的前端的上表面和下表面上；或者，所述晶圆位置感应器仅具有一个，且内嵌在所述机械臂的前端，所述晶圆位置感应器具有被所述机械臂的前端暴露出的测量端。

可选的，所述晶圆位置感应器为红外感应器或激光测距传感器或超声波测距传感器。

可选的，所述水平感应器设置在所述机械臂的前端上。

可选的，所述水平感应器为电子陀螺仪或激光水平仪。

可选的，当所述水平感应器为电子陀螺仪时，所述晶圆抓取装置包括均匀布设在所述机械臂的前端上的三个以上的电子陀螺仪。

可选的，还包括报警器，与所述水平感应器相连接。

可选的，还包括与所述晶圆位置感应器通信连接的信息存储器。

可选的，所述机械臂的前端上设有真空吸附部件。

本实用新型还提供一种半导体加工设备，包括：加工机台以及所述的晶圆抓取装置。

本实用新型提供的晶圆抓取装置及半导体加工设备，通过水平感应器来检测机械臂的水平状态，以及时发现抓取晶圆的机械臂是否发生倾斜，进而确保机械臂处于水平状态，并通过设置在机械臂上的晶圆位置感应器来检测所述晶圆盒中每片晶圆的放置位置，以使得电机驱动机械臂的后端运动以带动机械臂的前端运动至相邻两晶圆之间的安全距离，进而保证机械臂的前端能从晶圆盒中准确抓取出晶圆，由此可以避免所述机械臂抓取晶圆时造成的晶圆表面缺陷以及晶圆破损问题。进一步地，所述晶圆抓取装置还具有与水平感应器相连接的报警器，在水平感应器监测到机械臂的倾斜状态超过设定阈值时发出报警提示。更进一步地，所述晶圆抓取装置还具有控制芯片及其连接信息存储器，能够将晶圆位置感应器检测到的晶圆盒中每片晶圆的放置位置存储下来，以使得机械臂再次进入所述晶圆盒抓取晶圆时，电机可以使得机械臂的前端快速运动至相邻两晶圆之间的安全距离，提高效率。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的晶圆抓取装置的俯视示意图；

图2a是图1所示的晶圆抓取装置的侧视示意图；

图2b是图2a所示的晶圆抓取装置检测晶圆在晶圆盒中的放置位置的示意图；

图3是本实用新型另一实施例的晶圆抓取装置的侧视示意图；

图4是图2a所示的晶圆抓取装置抓取晶圆的示意图。

其中，附图1～4的附图标记说明如下：

机械臂-11；前端-111；后端-112；电机-12；晶圆位置感应器-13；水平感应器-14；报警器-15；控制芯片-16；信息存储器-17；L1-红外光；F1-晶圆盒；W1、W2、W3-晶圆；H1-第一距离值；H2-第二距离值。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～4对本实用新型提出的晶圆抓取装置及半导体加工设备作进一步详细说明。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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型一实施例提供一种晶圆抓取装置，参阅图1，图1是本实用新型一实施例的晶圆抓取装置的俯视示意图，从图1中可看出，所述晶圆抓取装置包括机械臂11、电机12、晶圆位置感应器13、水平感应器14、报警器15、控制芯片16和信息存储器17。其中，所述机械臂11具有用于从晶圆盒中抓取晶圆的前端111，以及，连接所述前端111并带动所述前端111运动至所述晶圆盒中相邻晶圆之间的安全位置的后端112；所述电机12与所述机械臂11的后端112相连接，用于驱动所述机械臂11的后端112运动，进而带动前端111移动；所述晶圆位置感应器13设置于所述机械臂11上，用于检测所述晶圆盒中每片晶圆的放置位置；所述水平感应器14设置于所述机械臂11上，用于检测所述机械臂11的水平状态；所述报警器15与所述水平感应器14相连接，用于在所述水平感应器14检测到的所述机械臂11的倾斜程度超过设定阈值时发出警示信息(即报警提示)；所述控制芯片16分别电连接所述电机12、晶圆位置感应器13、水平感应器14、报警器15以及信息存储器17，所述控制芯片16用于通过高低电平来启动和关停电机12、晶圆位置感应器13、水平感应器14以及报警器15，以及向电机12、晶圆位置感应器13、水平感应器14、信息存储器17发送相应的工作时序，以协调电机12、晶圆位置感应器13、水平感应器14的工作，同时将晶圆位置感应器13监测到的每片晶圆的位置信息存储到信息存储器17中。所述控制芯片16和信息存储器17可以内嵌在所述电机12中。

下面对所述晶圆抓取装置进行详细说明：

机械臂11，具有用于从晶圆盒中抓取晶圆的前端111，以及，连接前端111并带动所述前端111运动至所述晶圆盒中相邻晶圆之间的安全位置的后端112。从图1中可看出，所述机械臂11为一支撑结构，在抓取晶圆W1时，所述机械臂11的后端112受到电机12的驱动而带动所述前端111运动至晶圆盒中相邻晶圆之间的安全位置，然后，所述机械臂11的前端111从所述晶圆W1的下方托起所述晶圆W1，接着，所述机械臂11的后端112受到电机12的驱动再带动所述前端111从晶圆盒中运动出来，以将所述晶圆W1从晶圆盒中抓取出来，之后将抓取出来的晶圆W1传送到相应的晶圆加工工序的机台上。所述机械臂11的前端111上可以设有真空吸附部件，所述真空吸附部件包括真空吸盘以及设置在所述真空吸盘上的吸附孔，用于所述机械臂11的前端111托起所述晶圆W1时，将所述晶圆W1真空吸附住，以防止所述晶圆W1在传送过程中在所述机械臂11的前端111上滑动或从所述机械臂11的前端111上掉落，进而造成所述晶圆W1的表面划伤或受损。

电机12，与所述机械臂11的后端112相连接，用于驱动所述机械臂11的后端112运动，进而带动所述机械臂11的前端111运动，如图1所示。通过电机12驱动所述机械臂11的后端112运动，以带动所述机械臂11的的前端111沿着晶圆盒由上至下运动或者由下至上运动，由此使得所述机械臂11的前端111上的晶圆位置感应器13能对晶圆盒中的所有晶圆的放置位置进行感应，继而可以得到每片晶圆在晶圆盒中的放置位置；在需要抓取某片晶圆W1时，电机12还可以驱动所述机械臂11的后端112运动，以带动所述机械臂11的前端111水平移动到晶圆与晶圆之间的安全位置，使得所述机械臂11的前端111能够将待抓取的晶圆托起，此时电机12再驱动所述机械臂11的后端112运动，以带动所述机械臂11的前端111从晶圆盒中运动出来，并将抓取的晶圆继续传送到相应的晶圆加工工序的机台上。

晶圆位置感应器13，设置于所述机械臂11上，用于检测所述晶圆盒中每片晶圆的放置位置。所述晶圆位置感应器13可以仅具有一个，且内嵌在所述机械臂11的前端，并具有被所述机械臂11的前端111暴露出来的测量端，由此可以通过所述测量端对所述机械臂11的前端111前方的晶圆的边缘进行位置检测，如图2a所示；或者，所述晶圆位置感应器13也可以具有两个，分别设置于所述机械臂11的前端的上表面和下表面上，由此可以通过两个晶圆位置感应器13对所述机械臂11的前端111上方的晶圆和所述机械臂11的前端111下方的晶圆进行位置检测，如图3所示。所述晶圆位置感应器13可以为红外感应器或激光测距传感器或超声波测距传感器。

当所述晶圆位置感应器13仅具有一个时，参阅图2a，图2a是图1所示的晶圆抓取装置的侧视示意图，从图2a中可看出，所述晶圆位置感应器13内嵌在所述机械臂11的前端，当所述晶圆位置感应器13检测所述晶圆盒中每片晶圆的放置位置时，可参阅图2b，图2b是图2a所示的晶圆抓取装置检测晶圆在晶圆盒中的放置位置的示意图，从图2b中可看出，当所述晶圆位置感应器13为红外感应器时，所述晶圆位置感应器13向晶圆盒F1发射红外光L1，以从上往下或者从下往上扫描整个所述晶圆盒F1，在移动过程中，发出的所述红外光L1接触到所述晶圆盒F1的每片晶圆W1、W2、W3的的边缘后会被反射回来，且反射回来的所述红外光L1会被所述晶圆位置感应器13接收，进而所述晶圆位置感应器13能够得到此晶圆盒F1中各片晶圆的放置位置。例如，晶圆盒F1中的晶圆W2与晶圆W1位于晶圆盒F1中相邻的晶圆槽内，晶圆W3与晶圆W2之间还有1个晶圆槽未放置晶圆，所以，所述晶圆位置感应器13在所述晶圆盒F1中检测到晶圆W1、W2和W3的放置位置。所述晶圆位置感应器13将整个所述晶圆盒F1扫描完成后，即获取到所述晶圆盒F1中所有晶圆的放置位置，由此，电机12可以驱动所述机械臂11的后端112运动，以带动所述机械臂11的前端111运动至待抓取的晶圆与其下方相邻的晶圆之间的安全位置，从而准确地将待抓取的晶圆从晶圆盒中抓取出来。参阅图4，图4是图2a所示的晶圆抓取装置抓取晶圆的示意图，抓取所述晶圆W1之前，机械臂11的前端111在所有晶圆的外侧上下移动，其上设置的晶圆位置感应器13检测出所有晶圆W1、W2和W3的放置位置，即获得了所述晶圆W1和W2之间的间距H1以及机械臂11前端111能够进入到晶圆W1下方的安全距离，例如需要机械臂11前端111的进入位置距离晶圆W1下表面以及距离晶圆W2的上表面均大于H2以上才是安全距离，H2大于0且小于H1；在抓取晶圆W1时，所述电机12就可以先驱动所述机械臂11，以将所述机械臂11的前端111移动到距离所述晶圆W1下表面和晶圆W2的上表面均大于H2的任意安全位置，再驱动所述机械臂11的前端111向上移动，以将所述晶圆W1托起并吸附住，继而继续驱动所述机械臂11从晶圆盒F1中运动出来，以将抓取的所述晶圆W1传送到相应的晶圆加工工序的机台上。当所述机械臂11抓取所述晶圆W3时，因为所述晶圆W3位于所述晶圆盒F1的最后一个晶圆槽内，机械臂11前端111的进入位置距离所述晶圆W3的下表面大于H2以上均为抓取晶圆W3的安全位置，当所述机械臂11的前端进入待抓取的所述晶圆W3的下方且距离所述晶圆W3的下表面大于H2时，所述机械臂11在抓取所述晶圆W3的时候就不会刮擦到晶圆W3。此外，当所述机械臂11在抓取所述晶圆W3时进一步要求机械臂11的前端111距离所述晶圆盒F1的底面大于H2以上，就可以保证机械臂11不会碰撞到所述晶圆盒F1的底面，进而防止所述机械臂11将整个所述晶圆盒F1撞倒。

当所述晶圆位置感应器13具有两个时，参阅图3，图3是本实用新型另一实施例的晶圆抓取装置的侧视示意图，从图3中可看出，所述两个晶圆位置感应器13分别设置于所述机械臂11的前端的上表面和下表面上。当所述晶圆位置感应器13为激光测距传感器时，可以向上和向下发射出激光，进而探测到晶圆盒中所述晶圆位置感应器13的上方和下方的晶圆的放置位置，所述晶圆位置感应器13从上往下对整个晶圆盒进行探测，以得到每片晶圆的放置位置。

水平感应器14，设置于所述机械臂11上，用于检测所述机械臂11的水平状态。所述水平感应器14设置在所述机械臂11的前端上，所述水平感应器14可以为电子陀螺仪或激光水平仪，当所述水平感应器14为电子陀螺仪时，可以有三个以上的所述电子陀螺仪均匀布设在所述机械臂的前端上，例如均匀布设在所述报警器15的周围。参阅图1和图2a，从图1和图2a中可看出，三个所述电子陀螺仪设置于所述机械臂11的前端的上表面上，并均匀布设在所述报警器15的周围，所述三个电子陀螺仪同时对所述机械臂11的水平度进行监测，使得所述机械臂11无论朝任何方向发生倾斜时都能够被及时发现，以确保所述机械臂11在不同方向上都能够处于水平状态。

报警器15，与所述水平感应器14相连接，用于在所述机械臂11发生严重倾斜时发出警示信息。参阅图1和图2a，从图1和图2a中可看出，所述报警器15设置于所述机械臂11的前端的上表面上，并且分别与周围布设的三个所述水平感应器14相连接。当所述水平感应器14感应到所述机械臂11发生的倾斜程度超过设定阈值(即发生严重倾斜)时，所述水平感应器14将信号传递给所述报警器15，所述报警器15发出警示信息。所述报警器15发出的所述警示信息可以包括发出红色的光信号，或者发出鸣笛声，以提醒设备人员检查设备。

另外，当抓取晶圆的过程中出现所述机械臂11严重倾斜的情况时，所述水平感应器14会将信息传递给与之电连接的所述控制芯片16，所述控制芯片16可以通过高低电平的切换来关停所述电机12，以使所述电机12不再对所述机械臂11进行驱动，所述机械臂11停止运动。

信息存储器17，与所述晶圆位置感应器13通信连接，可以内嵌在所述电机12中，用于存储所述晶圆抓取装置在抓取晶圆过程中产生的信息。所述信息存储器17可以存储的信息包括：所述晶圆位置感应器13检测到的晶圆盒中每片晶圆的放置位置；晶圆与晶圆之间的距离值；以及，抓取晶圆时，所述机械臂11与待抓取晶圆之间的距离值等，以用于机械臂11后续的工作。

本实用新型一实施例提供一种半导体加工设备，所述加工设备包括加工机台以及所述晶圆抓取装置。所述加工机台可以包括氧化炉、固化炉、光刻机台、刻蚀机台、沉积机台、化学机械研磨机台、清洗机台等，所述晶圆抓取装置安装在所述加工机台的晶圆入口处。将装有晶圆的晶圆盒放置在所述加工机台的晶圆入口处，所述晶圆抓取装置将晶圆盒中的晶圆按照以上描述的过程，准确地将晶圆从晶圆盒中抓取出来，放置在所述加工机台上，以对所述晶圆进行加工。所述晶圆抓取装置能够有效避免所述机械臂对抓取的晶圆造成划伤、破损等缺陷，因此，安装有所述晶圆抓取装置的所述加工设备生产出来的晶圆的良率可以得到有效提高。

综上所述，本实用新型提供的晶圆抓取装置及半导体加工设备，所述晶圆抓取装置包括机械臂、电机、晶圆位置感应器、水平感应器等。其中，所述机械臂具有用于从晶圆盒中抓取晶圆的前端，以及，连接前端并带动所述前端运动至所述晶圆盒中相邻晶圆之间的安全位置的后端；所述电机与所述机械臂的后端相连接，用于驱动所述机械臂运动；所述晶圆位置感应器设置于所述机械臂上，用于检测所述晶圆盒中每片晶圆的放置位置；所述水平感应器设置于所述机械臂上，用于检测所述机械臂的水平状态；所述报警器与所述水平感应器相连接，用于在所述机械臂发生倾斜时发出警示信息。所述半导体加工设备包括加工机台和所述晶圆抓取装置。本实用新型提供的晶圆抓取装置及半导体加工设备能够控制所述机械臂在抓取晶圆时准确的放置在待抓取的相邻晶圆之间的安全位置内，同时，在所述机械臂发生严重倾斜时，能够及时发现问题并发出警报，以避免所述机械臂对抓取的晶圆造成表面缺陷以及晶圆破损问题，进而使得所述加工设备生产出来的晶圆的良率得到提高。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型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。