一种机械臂及晶圆运输装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造设备，具体涉及一种机械臂及晶圆运输装置。


背景技术：

2.在半导体器件的制造过程中，晶圆往往需要在多道制程工艺之间进行转运，特别是在晶圆的测试环节中，需要在晶圆背面贴保护膜，通过晶圆运输装置将晶圆移动到测试探针台的测试头下方，通过探针卡上的测试针脚压在晶圆正面的晶粒上，形成良好的电气接触，利用专用测试设备对每个晶粒的电特性进行测试。目前用于晶圆运输的装置主要通过机械臂的真空吸附方式来传送晶圆，用这种机械臂传送贴膜的晶圆时，机械臂上的真空孔在真空吸力作用下会令晶圆的保护膜上留下印记，从而引起保护膜出现膜褶皱问题，进而会导致晶圆的外观及产品质量受到影响。特别是对于晶圆测试环节，保护膜出现褶皱会引起部分晶粒发生测试失效，从而引起测试机台报警，严重影响测试效率和产品的良率。


技术实现要素：

3.本实用新型首先公开一种机械臂，该机械臂主要用于对已经贴有保护膜的晶圆进行传送，通过粘贴在机械臂上的垫片与晶圆的保护膜接触所产生的静摩擦力来固定晶圆，避免了现有技术中采用直接真空吸附晶圆贴膜面固定晶圆的方式而导致的晶圆贴膜面发生膜褶皱问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
5.一种机械臂，所述机械臂用于承托晶圆的顶面上设有垫片，所述垫片用于与晶圆上粘贴的保护膜接触，使得所述垫片与所述保护膜之间不因所述机械臂水平移动发生相对位移。
6.进一步，所述机械臂用于承托晶圆的顶面开设真空孔，所述机械臂的内部设有气路通道，所述气路通道的一端连接所述真空孔，所述气路通道的另一端连接抽真空设备；所述垫片采用弹性体材质，所述垫片包括一体连接的固定部和隆起部，所述固定部与所述机械臂的表面贴合且两者固定连接，所述隆起部位于所述真空孔的上方，所述隆起部在晶圆的重力作用下可在所述机械臂表面展开并完全覆盖所述真空孔，所述隆起部的顶部未受压力作用则相对于所述机械臂表面自然鼓起。
7.进一步，所述垫片采用高分子聚合物材质。
8.进一步，所述垫片采用有机硅胶材质。
9.进一步，所述垫片的厚度为0.8mm～1.2mm，所述隆起部底面最高点至所述机械臂表面的距离为3mm～5mm。
10.进一步，所述垫片的长度为4cm～6cm，宽度为1.5cm～2cm。
11.进一步，所述垫片长度为6cm，宽度为1.5cm，厚度为1mm，所述隆起部底面最高点至所述机械臂表面的距离为3mm。
12.进一步，所述机械臂包括至少两个叉指，每个所述叉指上至少开设两个所述真空
孔，每个所述真空孔上均设有所述垫片。
13.本实用新型还公开一种具有上述机械臂的晶圆运输装置。
14.进一步，所述晶圆运输装置还包括晶圆承载装置，所述晶圆承载装置包括贴于晶圆背面的保护膜以及固定在所述保护膜上的压环，所述保护膜的表面积大于所述晶圆的表面积，所述压环位于所述晶圆的圆周外侧；运输晶圆时，所述晶圆承载装置放置在所述垫片上，所述保护膜与所述垫片接触。
15.本实用新型通过粘贴在机械臂上的垫片与晶圆的保护膜接触所产生的静摩擦力来固定晶圆，避免了现有技术中采用真空吸附晶圆贴膜面固定晶圆的方式而导致的晶圆贴膜面发生膜褶皱问题，对于提升产品的外观质量及良率有极大的改善作用。
附图说明
16.图1为实施例一中机械臂结构俯视图；
17.图2为实施例二中有机硅胶垫片粘贴在机械臂的真空孔处侧面结构示意图；
18.图3为实施例二中有机硅胶垫片的结构示意图；
19.图4为实施例二中机械臂的俯视图；
20.图5为晶圆固定于晶圆承载装置上的示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.本实施例公开一种用于传送晶圆的机械臂以及具有该机械臂的晶圆运输装置，此处的晶圆运输主要是指对已贴有保护膜的晶圆进行运输，围绕用于运输晶圆的运输装置及运输装置上用于取放晶圆的机械臂上的改进点，均为了解决已贴膜晶圆在运输时，避免现有技术中采用直接真空吸附晶圆贴膜面固定晶圆的方式而导致的晶圆贴膜面发生膜褶皱问题。
23.解决上述现有技术中存在的问题有两种方式：第一种是全新设计出一种非真空吸附方式的机械臂，第二种是在现有真空吸附方式的机械臂上进行改动，以下针对上述两种改进方式各自给出实施例予以说明。
24.实施例一：本实施例采用非真空吸附式机械臂，机械臂上无需开设真空孔，机械臂内部也无需设置气路通道，机械臂的结构更加简单，直接对机械臂上用于承托晶圆的顶面进行处理。如图1所示，在机械臂9用于承托晶圆的顶面上设置垫片8，该垫片8用于与晶圆上粘贴的保护膜接触，利用垫片8与保护膜之间接触而产生的静摩擦力来固定晶圆，避免机械臂9在运输过程中，垫片8与保护膜之间发生相对位移。
25.实施例一中机械臂9的结构更加简单，但属于全新的设计，需要重新开模，且对于机械臂9的移动信号控制方式也需重新设计。
26.实施例二：本实施例是在现有真空吸附式机械臂上进行改进，现有的真空吸附式晶圆运输装置上的机械臂3通常为叉指结构，如图4所示，叉指通常设置两个，每个叉指上都开设有真空孔4，叉指内部形成互相连通的气路通道，气路通道的一端连接真空孔4，气路通道的另一端与抽真空设备相连，以便真空孔4处在真空吸力作用下形成负压对晶圆进行吸
附转运。
27.如图2和图3所示，本实施例中采用的解决方案是在机械臂3上的真空孔4处设置垫片，垫片采用弹性体材质，垫片包括一体连接的固定部1和隆起部2，固定部1为片状结构，固定部1与机械臂3的表面贴合且两者固定连接（可选择粘接方式），隆起部2的一端连接固定部1，隆起部2的中部位于真空孔4的上方，隆起部2的顶部未承受晶圆重力作用时，隆起部2相对于机械臂3表面自然鼓起，不对真空孔4进行遮挡，隆起部2的另一端自然搭放在机械臂3表面上，确保隆起部2在晶圆的重力作用下可在机械臂3表面展开并完全覆盖真空孔4。
28.对上述方案的进一步说明，弹性体是对具有弹性、且在受力时能够发生变形，当外力撤出后可以迅速恢复初始形状的高分子材料的泛称。为保证垫片的隆起部2在不运输晶圆时相对于真空孔4自然鼓起，运输晶圆时能够被晶圆压平，垫片需采用弹性体材质。满足该特性的材料以高分子聚合物为佳，不仅具有能恢复形变的弹性，还有一定的柔软性，便于质量较轻的晶圆放置在垫片上时，能够令相对于机械臂3表面鼓起的隆起部2被下压至与机械臂3表面贴合。满足上述要求且比较常见的材料优选有机硅胶。
29.进一步对垫片结构设计的说明，由于现有真空吸附式晶圆运输装置上都安装有监测真空孔4处真空值的传感器，所测得的真空数值往往用来控制机械臂3的移动路径，为了不对现有设备上机械臂3的运行控制造成影响，本实用新型中将垫片遮盖住真空孔4的部分设计成向上鼓起的结构，不需要运输晶圆时，隆起部2自然鼓起并未堵住真空孔4，不会对真空采集传感器的信号采集造成任何影响，确保了晶圆在整个传送过程中设备的感应信号的传输准确性。
30.对于垫片尺寸的设计考量，主要根据真空孔4处机械臂3表面积大小来确定，比较关键的尺寸在于垫片的厚度和隆起部2的隆起高度上。厚度选择上不宜太厚，否则会存在垫片边缘触碰晶圆导致晶圆被顶裂的风险，因此，厚度设计上建议控制在0.8mm～1.2mm。隆起部2在自然状态下的隆起高度不宜太高，否则根据晶圆的重量无法将其压平，也不能太低，否则可能会堵住真空孔4对传感器信号造成干扰，因此建议隆起部2的底面最高点至机械臂3表面的距离设计为3mm～5mm即可。
31.对于垫片的长度和宽度设计上，主要基于安装位置的机械臂3面积大小来确定，没有特殊要求，诸如图3所示每个真空孔4所在位置的叉指尺寸不同时，可以适度进行长度和宽度的调整，还可以根据晶圆尺寸的大小来辅助确定，主要目的是能够稳定的固定住晶圆。基于现有设备上的多数机械臂3尺寸来设计，建议将长度控制在4cm～6cm，宽度控制在1.5cm～2cm比较合适。
32.附图3给出了一个参考尺寸的具体实施例，即：垫片长度为6cm（长度尽量偏上限选择，可以增加垫片与晶圆接触面积，更好的稳固住晶圆），宽度为1.5cm（宽度尽量偏下限选择，保证不超过机械臂3的宽度，避免运输中被触碰到），厚度为1mm（厚度尽量居中选择，保证隆起的效果），隆起部2底面最高点至机械臂3表面的距离为3mm（隆起高度尽量偏下限选择，在保证不影响真空值测定情况下，能被压平）。
33.鉴于每个真空孔4处都粘贴有垫片，且垫片有一定的厚度，为了在传输过程中能平稳的承托住晶圆，令整个晶圆面与机械臂3表面保持平行，机械臂3的两个叉指上建议至少开设四个真空孔4，即每个叉指上至少间隔设置两个，每个真空孔4处都粘贴有垫片，四点承托令晶圆面保持与机械臂3表面平行。
34.本实施例还公开一种具有上述机械臂结构的晶圆运输装置，除上述给出的机械臂外，还包括晶圆承载装置。
35.具有上述机械臂3结构的晶圆运输装置在传送已贴膜晶圆时，通常晶圆被固定在晶圆承载装置上，如图5所示，该晶圆承载装置包括贴于晶圆5背面的保护膜7以及固定在保护膜7上的压环6，压环6通常采用钢环，目的是令保护膜7可以绷紧保持平整。贴膜时，保护膜7的表面积应大于晶圆5的表面积，令压环6套设在晶圆5的圆周外侧。当将晶圆5装载于晶圆承载装置上后，需要运输时，机械臂3在驱动机构控制下将装载有晶圆5的晶圆承载装置承托住，此时晶圆承载装置被放置在垫片上，令保护膜7与垫片接触，在晶圆承载装置的下压下，隆起部2被压平与机械臂3表面贴合，此时垫片与晶圆的贴膜面充分接触，利用两者之间的静摩擦力可将晶圆平稳的固定在机械臂3上，可以进行晶圆的运输。当然，为了不改动现有真空吸附式机械臂的运行控制方式，在晶圆运输时仍可以按现有运输方法开启抽真空设备，即运输过程如下：将晶圆装载于晶圆承载装置上，将装载晶圆的晶圆承载装置放置在机械臂3上，且令保护膜7与垫片接触；开启抽真空装置，真空孔4处的负压将展开的隆起部2稳固吸附在机械臂3表面，机械臂3开始运输晶圆；晶圆被运输到指定位置后，关闭抽真空装置，将晶圆承载装置从机械臂3上移除，隆起部2又恢复成鼓起状态。
36.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。