片状体交接装置和方法及采用该装置的硅片膜厚测量系统与流程

本发明属于集成电路装备制造领域，更具体地，涉及一种片状体交接装置和方法及利用该装置的硅片膜厚测量系统。

背景技术：

在半导体硅片膜厚的检测领域，要求工件台可以和硅片传输系统完成硅片的交接。随着对产率要求的不断提高，硅片交接的速度要求越来越高，交接的效率随之提高。这就要求硅片交接装置具有高效的交接效率。

在美国专利us6485253b1中，提出一种该领域的硅片交接方案。该发明通过气缸驱动四个上片手上下运动，两组直线轴承提供导向，完成和工件台的硅片交接流程。该发明结构较为简单，但一次交接流程只能完成一个硅片的交接，而且无法完成硅片的定心。

在美国专利us6390767b1中，提出另外一种该领域的硅片交接方案。该发明主要由固定在框架上的三组接片臂组成。每个接片臂由步进电机驱动上片手完成三个位置的转动，从而可以完成和工件台的硅片交接流程。该发明可以完成硅片的交接和定心，但结构较为复杂，而且需要同步控制三组电机。

在美国专利us6860790b2中，提出另外一种该领域的硅片交接方案。该发明主要通过相对驱动装置32来驱动两侧的环形手24、25进行左右的开合，从而完成和机械手16上硅片的交接。该发明可以完成硅片的交接，但无法完成硅片的定心，而且结构较为复杂。

本领域亟需解决现有技术中硅片交接装置中较为突出的结构复杂且交接效率偏低的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，效率高的片状体交接装置。

为实施例上述目的，本发明提供了一种片状体交接装置，所述片状体交接装置包括上片手、下片手、驱动装置和交接支座；其中，所述上片手和所述下片手与所述驱动装置的输出轴直接或间接固定联接，并且所述上片手位于所述下片手下方且所述上片手和所述下片手之间形成有通道；以及所述驱动装置安装于所述交接支座。

一实施例中，所述上片手和下片手的末端均设有支撑台阶，所述支撑台阶上具有在交接片状体时用于支撑片状体的支撑面。

一实施例中，所述上片手的支撑台阶与所述上片手的顶面之间设有定位面，以及所述下片手的支撑台阶与所述下片手的顶面之间设有定位面。

一实施例中，所述交接装置进一步包括片手固定座，所述下片手和所述上片手分别上下固定在所述片手固定座上，以及所述片手固定座固定连接于所述驱动装置的输出轴。

一实施例中，所述上片手和下片手的头端都具有安装孔，所述下片手和所述上片手通过所述安装孔上下固定在所述片手固定座上，所述上片手和下片手的另一端都具有支撑台阶和定位面，其中所述支撑台阶上设有支撑面，所述定位面与所述支撑面相交成预定角度，所述定位面设置成在交接片状体时对片状体进行定心。

一实施例中，所述上片手和所述下片手均具有转臂和从所述转臂末端延伸出并与转臂成斜角的支撑臂。

一实施例中，所述上片手的顶面位于该支撑臂上；所述下片手的顶面位于该支撑臂上。

一实施例中，所述上片手包括弹性件、接片支架和接片手支座；其中，所述接片支架的一端通过所述弹性件弹性连接于所述接片手支座，并且所述接片支架的另一端用于接收片状件。

优选地，所述下片手和所述上片手结构相同。

一实施例中，所述接片支架的另一端具有支撑台阶和定位面，其中所述支撑台阶上设有支撑面，所述定位面与所述支撑面相交成预定角度，所述定位面设置成在交接片状体时对片状体进行定心。

一实施例中，所述定位面为倾斜面。

一实施例中，所述驱动装置为摆动气缸、步进电机或者伺服电机。

进一步地，本发明的目的还在于提供一种包含上述片状体交接装置的硅片膜厚测量系统。

为此，本发明提供了一种硅片膜厚测量系统，所述硅片膜厚测量系统包括：

机架；

工件台，所述工件台可动地连接于所述机架上；

膜厚检测装置，所述膜厚检测装置用于检测硅片的膜厚；

机械手，所述机械手布置成能够将完成测量的硅片放置到所述下片手上，并能够将待测量的硅片放置在所述上片手上；以及

至少两个上述的片状体交接装置，所述片状体交接装置安装在所述机架上并围绕所述工件台。

一实施例中，所述硅片膜厚测量系统进一步包括机械手，所述机械手布置成能够将完成测量的硅片放置到所述下片手上，并能够将待测量的硅片放置在所述上片手上。

一实施例中，所述机械手具有能够相对运动的上片机构和下片机构，其中所述上片机构用于将待测量的硅片放置在所述上片手上；所述下片机构用于将完成测量的硅片从所述下片手移走。

一实施例中，所述工件台布置成能够将完成测量的硅片放置在所述下片手上。

一实施例中，所述硅片膜厚测量系统包括四个所述片状体交接装置，两两布置在所述工件台的两侧；或者所述硅片膜厚测量系统包括三个所述片状体交接装置，呈三角形围绕所述工件台布置。

进一步地，本发明的目的还在于提供一种利用上述片状体交接装置的硅片交接方法。

为此，本发明提供了一种双硅片交接方法，所述方法包括步骤：

s1、提供机架、工件台、机械手以及至少两个上述的片状体交接装置，其中所述工件台可动地连接于所述机架上，所述片状体交接装置安装在所述机架上并围绕所述工件台；

s2、将完成测量的硅片转移至所述下片手；

s3、将完成测量的硅片从所述下片手移走；

s4、将待测量的硅片放置在所述上片手；

s5、将待测量的硅片从所述上片手转移至所述工件台上。

一实施例中，步骤s2中，首先所述上片手和下片手转动到交接位，所述下片手准备就绪，接着所述工件台从第一位置运动至第二位置，并将完成测量的硅片转移至所述下片手。

一实施例中，步骤s3中，所述机械手运动至所述上片手与所述下片手之间的交接位，并从所述下片手接住完成测量的硅片，然后从交接位退出。

一实施例中，在步骤s2之后且在步骤s3之前，所述方法还包括使得所述工件台沿垂向运动，并触发所述机械手动作。

一实施例中，步骤s4中，所述机械手携带待测量的硅片运动至所述上片手与所述下片手之间的交接位，将待测量的硅片放置在所述上片手，然后从交接位退出。

一实施例中，在步骤s3之后且在步骤s4之前，所述方法还包括使得所述机械手在从所述交接位退出后，工件台向下垂向运动准备接受待测量的硅片；以及触发上片信号，使得所述机械手动作。

一实施例中，步骤s5中，所述工件台运动到上片高度并从所述上片手接住待测量的硅片，然后进行测量。

一实施例中，在步骤s4之后且在步骤s5之前，所述方法还包括在所述机械手从交接位退出后，触发工件台接片信号。

本发明的主要优点在于：

与传统交接装置相比，本发明的片状体交接装置交接效率高、结构简单。进一步地，本发明的片状体交接装置还可以具备硅片的定心功能。

附图说明

图1是本发明的膜厚测量系统的立体图，示出交接时的状态。

图2是本发明的膜厚测量系统的俯视图，示出交接时的状态，同时隐藏机械手。

图3是本发明的膜厚测量系统的另一俯视图，示出测量时或交接结束时的状态。

图4是本发明的一实施例的双硅片交接装置的立体图。

图5是图4的双硅片交接装置的剖视图。

图6是本发明的一实施例的双硅片交接装置中的上/下片手的立体图。

图7是采用本发明的双硅片交接装置进行硅片测量时的交接流程和测量流程图。

图8是本发明的又一实施例的双硅片交接装置的布局图。

图9是本发明还一实施例的双硅片交接装置中的上/下片手的结构剖视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

现参照附图来描述根据本发明的片状体交接装置、包含该片状体交接装置的硅片膜厚检测系统以及双硅片交接方法。片状体交接装置可通过机械手的运动完成已完成测量的硅片和待测量的硅片的交接。这种双硅片交接装置和流程可大大提高硅片的交接效率，提高整个硅片膜厚检测系统的产率。片状体可以是硅片等。以下详细描述各部分。

片状体交接装置

如图4-6所示，片状体交接装置101包括上片手、下片手、驱动装置1015和交接支座1013。上片手和下片手与驱动装置1015的输出轴直接或间接固定联接。上片手位于下片手下方且上片手和下片手之间形成有通道。驱动装置1015固定于交接支座1013。上片手负责和机械手上片位上待测量的硅片进行交接，用于装载待测量的片状体，例如硅片，其可以具有各自合适的结构和形状。下片手负责和吸盘上已完成测量的硅片进行交接，用于装载完成测量的片状体，例如硅片，其可以具有各自合适的结构和形状。优选的是，上片手和下片手具有相同的结构。

上片手和下片手可以通过片手固定座1014连接于驱动装置1015。具体地，下片手和上片手分别上下固定在片手固定座1014上。片手固定座1014固定连接于驱动装置的输出轴。片手固定座可以是一定位轴，也可以具有其他结构。驱动装置1015可以为摆动气缸。当然，也可用步进电机或者伺服电机来代替摆动气缸，作为驱动装置。

上片手和下片手的末端均设有支撑台阶，支撑台阶上具有在交接片状体时用于支撑片状体的支撑面203。在测量时，诸如硅片等片状体放置于支撑面上。上片手的支撑台阶与上片手的顶面之间设有定位面202，以及下片手的支撑台阶与下片手的顶面之间设有定位面202。定位面可以实现片状体的定心。

定位面可以是具有倾斜角度的平面。当然，定位面可以是不规则面，例如曲面、齿轮状面等。可以整个面都具有倾斜角度，也可以部分是具有倾斜角度。例如，该具有倾斜角度的平面可以只占有整个定位面的10％-90％的面积，而其余部分可以是不规则面，例如曲面、齿轮状等。

支撑面可以有一个小的斜面，其倾斜角度可以由技术人员根据上片手和下片手和硅片具体的接触需要来确定，可以是0-15°的倾斜角度，优选5-10°。

优选地，上片手和下片手的头端都具有安装孔201。下片手1011和上片手1012通过安装孔201上下固定在片手固定座1014上。下片手1011和上片手1012的另一端都具有上述的支撑台阶、支撑面203及定位面202。定位面202与支撑面203相交成预定角度。定位面设置成在交接片状体时对片状体进行定心。

上述的片状体交接装置中，上/下片手均采用刚性结构。

图9示出另一种片状体交接装置的上/下片手的结构图。与上述上/下片手的结构相比，图9所示的片状体交接装置的不同点在于，其上/下片手1012a,1011a均为弹性结构。下片手和上片手结构相同。如图9所示，上接片手包括弹簧301，接片支架302，接片手支座303等。接片支架302的一端通过弹簧301弹性地安装在接片手支座303上。安装孔设置在接片手支座303上。接片支架302的另一端具有支撑台阶和定位面，其中支撑台阶上设有支撑面，定位面与支撑面相交成预定角度，定位面设置成在交接片状体时对片状体进行定心。定位面可以为倾斜面。应理解的是，弹簧301可以用其他弹性件来替代。

当进行交接时，上/下片手的接片支架302接触硅片的外围，当交接结束时接片支架302到达接片手支座303的定位面，这样可以提供硅片定心作用，提高硅片在交接过程中的安全性。

硅片膜厚检测系统

本发明的膜厚测量系统包括机架、工件台、片状体交接装置和膜厚检测装置。工件台可动地连接于机架上。工件台布置成能够将完成测量的硅片放置在下片手上，并能够从上片手接收待测量的硅片。膜厚检测装置用于检测硅片的膜厚。片状体交接装置用于交接已测量好的硅片和待测量的硅片并安装在机架上。

硅片膜厚测量系统进一步包括机械手。机械手布置成能够将完成测量的硅片放置到下片手上，并能够将待测量的硅片放置在上片手上。机械手具有能够相对运动的上片机构和下片机构。上片机构用于将待测量的硅片放置在上片手上。下片机构用于将完成测量的硅片从下片手移走。上片机构和下片机构可以采用能够搬运硅片的任何合适的结构。

该硅片膜厚测量系统包括四个片状体交接装置，两两布置在工件台的两侧，如图1-3所示。或者，该硅片膜厚测量系统可包括三个片状体交接装置，呈三角形围绕工件台布置在工件台的外侧，如图8所示。

图1-5示出本发明的一实施例的硅片膜厚测量系统。如图1-图3所示，本实施例的膜厚检测装置设置有4组片状体交接装置101(分别为101a、101b、101c和101d)，分别固定在工件台103的两侧。如图4-图5所示，每组片状体交接装置主要由下片手1011，上片手1012，交接支座1013，片手固定座1014，驱动装置1015等组成。本实施例中，下片手1011和上片手1012结构相同，只是在高度方向位置不同，并都固定在片手固定座1014上。上片手1012负责和机械手102上片位上待测量的硅片进行交接，而下片手1011负责和吸盘上已完成测量的硅片进行交接。片手固定座1014和驱动装置1015固定，驱动装置1015固定在交接支座1013上，而交接支座1013是固定在工件台103上。驱动装置1015为下片手1011、上片手1012提供90°转动的功能。当需要进行硅片交接时，下片手1011和上片手1012同时转动90°，配合接住硅片。当交接结束时，下片手1011和上片手1012同时反向转动90°，让开工件台103的运动空间。

本实施例的片状体交接装置101中，驱动装置1015为摆动气缸。

本实施例的片状体交接装置101中，如图6所示，下片手1011和上片手1012均包括：安装孔201，定位面202，支撑面203、转臂205、支撑臂206等。下片手1011和上片手1012通过安装孔201和片手固定座1014固定。从图6可以看出，转臂205和支撑臂206有一个夹角，夹角优选为钝角，比如120°。支撑面203具有一个小角度的斜面，例如5°，可以和硅片背面实现点接触支撑，防止硅片损坏。支撑臂上的定位面202可以给硅片完成定心作用。

本实施例中，膜厚检测装系统在进行硅片交接时，需要双硅片交接装置101，机械手102，工件台103以及吸盘同步配合完成。当工件台103完成吸盘上硅片的测量时，工件台103运动到交接位，机械手102将待测量的硅片送入到交接位，双硅片交接装置101可同时完成吸盘上已完成测量的硅片和机械手102上待测量的硅片的交接。这种双硅片交接装置和流程可大大提高硅片的交接效率，提高整个测量装置的产率。

本实施例中，下片手1011和上片手1012结构相同，只是在高度方向位置不同。当然，下片手1011和上片手1012结构也可以不同，例如尺寸、形状、以及定位面和支撑面的设计等，都可以不同。

在膜厚检测装置的硅片交接时，需要片状体交接装置101，机械手102，工件台103和吸盘同步配合完成。具体来说，当吸盘上的硅片1完成膜厚测量后，触发固定在工件台103两侧的双硅片交接装置101的交接信号。驱动装置1015转动90°，上、下片手同时运动到交接位。此时，工件台103吸盘上的硅片1的吸附真空释放，沿垂向运动到下片的交接位。下片手1011和工件台103的吸盘完成硅片1的下片交接。

工件台103沿垂向继续运动，直到运动到等待位，触发机械手102和交接装置101的硅片交接信号。此时，机械手102下片叉(未示出)运动到交接位，和交接装置101的下片手1011完成硅片1的下片交接。

交接完成后，机械手102下片叉水平向运动，退出交接位，工件台向下垂向运动至等待位准备接受待测量的硅片；以及同时触发机械手102的上片信号。

机械手102上片叉(未示出)承载着待测量的硅片2运动到交接位，和交接装置101的上片手1012完成硅片2的上片交接。交接完成后，机械手102上片叉水平向运动，退出交接位，同时触发工件台103的上片信号。

工件台103的真空开启，同时，垂向从等待位运动到上片高度，从交接装置101的上片手1012接住待测量硅片2。

工件台103上的传感器(未画出)检测吸盘上是否有硅片2，如果有，则进行后续的硅片测量。

此时，交接装置101的驱动装置1015驱动下片手1011和上片手1012反向转动90°，回到零位。硅片1和硅片2的交接流程结束。

双硅片交接方法

图7是采用本发明的双硅片交接装置进行硅片测量时的交接流程图。具体来说，本发明的双硅片交接方法包括步骤：s1、提供机架、工件台、机械手以及至少两个上述的片状体交接装置，其中工件台可动地连接于机架上，所述片状体交接装置安装在所述机架上和所述工件台周围；s2、将完成测量的硅片转移至下片手；s3、将完成测量的硅片从下片手移走；s4、将待测量的硅片放置在上片手；s5、将待测量的硅片从上片手转移至工件台上。

具体来说，步骤s2中，首先上片手和下片手转动到交接位，下片手准备就绪，接着工件台从第一位置运动至第二位置，并将完成测量的硅片转移至下片手。在将硅片转移至下片手过程中，使得工件台沿垂向运动，并在运动到预定位置时，触发机械手动作。

步骤s3中，机械手运动至上片手与下片手之间的交接位，并从下片手接住完成测量的硅片，然后从交接位退出。在机械手在从交接位退出后，工件台向下垂向运动至等待位准备接受待测量的硅片；以及触发上片信号，使得机械手动作，以进行上片动作。

步骤s4中，机械手携带待测量的硅片运动至运动至上片手与下片手之间的交接位，将待测量的硅片放置在上片手，然后从交接位退出。在机械手从交接位退出后，触发工件台接片信号。

步骤s5中，工件台运动到上片高度并从上片手接住待测量的硅片，然后进行测量。然后，对硅片进行相应的测量。测量完成后，重复上述s2至s5步骤，进行下一个硅片的交接和测量。

本发明的片状体交接装置结构简单、且可以一次操作完成双硅片的交接，交接效率高，解决了现有技术中交接效率偏低的问题。本发明的片状体交接装置通过在上/下片手上设置具有一定倾斜角度的定位面，为硅片交接过程中提供了定心功能，解决了现有技术中缺乏硅片的定心功能问题。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。