一種機(jī)械手臂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械手臂，包括主體、晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)和至少一個(gè)連接該主體與晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的連接臂；其中，該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)超聲波傳感器，該若干個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)置于該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)上表面與下表面的遠(yuǎn)離所述連接臂的一端處，以及靠近所述連接臂的一端處，且這些超聲傳感器呈等腰三角形分布，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的上表面與下表面通晶圓之間的距離，通過比較三個(gè)超聲波傳感器與晶圓之間的距離，即可判斷晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)是否發(fā)生傾斜，并且當(dāng)檢測(cè)到的距離小于安全值時(shí)，手臂控制器會(huì)發(fā)出手臂停止的指令，從而達(dá)到防止刮傷晶圓的目的。
【專利說明】一種機(jī)械手臂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種防止晶圓刮傷的機(jī)械手臂。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手臂是目前在機(jī)械人【技術(shù)領(lǐng)域】中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事、半導(dǎo)體制造以及太空探索等領(lǐng)域都能見到它的身影。盡管它們的形態(tài)各有不同，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是能夠接受指令，精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械手臂根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂，球坐標(biāo)系機(jī)械手臂，極坐標(biāo)機(jī)械手臂，柱坐標(biāo)機(jī)械手臂等。而對(duì)于半導(dǎo)體制造應(yīng)用來說，常用的機(jī)械手臂是用來搬送晶片。
[0003]然而，在半導(dǎo)體制造過程中，晶圓一般是利用傳輸系統(tǒng)將其從一個(gè)工作站傳送至另一工作站，或從卡匣等收容器中傳送至各個(gè)工作站，或從工作站傳送至卡匣收藏保存。傳輸系統(tǒng)在傳送晶圓的過程中，由于機(jī)械手臂在抓取晶圓時(shí)的與上、下兩片晶圓的間隙非常小，所以十分容易刮傷晶圓的表面或者背面。
[0004]目前，現(xiàn)有的工藝基本上無法實(shí)時(shí)地監(jiān)控手臂的位置，只能靠人的肉眼去判斷手臂是否會(huì)刮傷晶圓或晶背，且需要定期的檢查手臂的位置以防止手臂刮傷晶圓，從而很難解決刮傷晶圓的問題。
[0005]中國(guó)專利(公布號(hào):200610156987.1)記載了一種自動(dòng)校正機(jī)械手臂。該自動(dòng)校正機(jī)械手臂，其包括一主體，一用以承載晶圓的晶圓承載夾持機(jī)構(gòu)以及至少一個(gè)連接該主體與晶圓承載夾持機(jī)構(gòu)的連接臂，其中，該自動(dòng)校正機(jī)械手臂還包括設(shè)置在晶圓承載夾持機(jī)構(gòu)上的多個(gè)光學(xué)感測(cè)器和多個(gè)位移感測(cè)器，該多個(gè)光學(xué)感測(cè)器包括至少一對(duì)第一光學(xué)感測(cè)器和至少一個(gè)第二光學(xué)感測(cè)器，該對(duì)第一光學(xué)感測(cè)器設(shè)置在該晶圓承載夾持機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離該連接臂的一端處，該第二光學(xué)感測(cè)器與該對(duì)第一光學(xué)感測(cè)器位于至少兩條直線上，該多個(gè)光學(xué)感測(cè)器用以確定晶圓的圓心；該多個(gè)位移感測(cè)器分別設(shè)置在晶圓承載夾持機(jī)構(gòu)上，且該多個(gè)位移感測(cè)器位于至少兩條直線上以感測(cè)確定晶圓的相對(duì)水平度。該專利文獻(xiàn)中并未提及如何利用超聲波傳感器來使機(jī)械手臂達(dá)到防止刮傷晶圓的目的。
[0006]中國(guó)專利(公布號(hào):201310044168.8)記載了一種機(jī)械手臂，包括底座、轉(zhuǎn)動(dòng)在底座的扭轉(zhuǎn)臺(tái)、活動(dòng)設(shè)置在扭轉(zhuǎn)臺(tái)上的機(jī)械手臂主體、主控板，所述扭轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂主體能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的若干個(gè)舵機(jī)，所述主控板電連接有控制各個(gè)舵機(jī)工作及機(jī)械手臂主體工作的驅(qū)動(dòng)裝置，所述主控板上設(shè)有各個(gè)舵機(jī)動(dòng)作及機(jī)械手臂主體動(dòng)作的動(dòng)作存儲(chǔ)模塊，所述底座上連接有控制主控板通電的控制電源；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):通過控制電源給主控板通電，通過驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)各個(gè)舵機(jī)工作，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂主體自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而提高了實(shí)用性能，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)量，可靠性能好。該專利文獻(xiàn)并未實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的自動(dòng)化控制。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明記載了一種機(jī)械手臂，應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓的取放作業(yè)中，其特征在于，所述機(jī)械手臂包括主體、晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)和至少一個(gè)連接該主體與晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的連接臂；
[0008]其中，該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)包括有設(shè)置在晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)上的若干個(gè)超聲波傳感器，該若干個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)置于該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述連接臂的一端處，以及靠近所述連接臂的一端處，以檢測(cè)晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的表面與晶圓之間的距離。
[0009]上述的機(jī)械手臂，其中，所述機(jī)械手臂還設(shè)置有控制器。
[0010]上述的機(jī)械手臂，其中，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)呈扁平狀。
[0011]上述的機(jī)械手臂，其中，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)為U型結(jié)構(gòu)，且該U型結(jié)構(gòu)包括有兩個(gè)相互平行并位于同一平面內(nèi)的指狀結(jié)構(gòu)，且該兩個(gè)指狀結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有所述超聲波傳感器。
[0012]上述的機(jī)械手臂，其中，若干所述超聲波傳感器分別設(shè)置于所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的兩個(gè)表面。
[0013]上述的機(jī)械手臂，其中，設(shè)置于所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上的所述超聲波傳感器的數(shù)量與設(shè)置于所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面上的所述超聲波傳感器的數(shù)量相同。
[0014]上述的機(jī)械手臂，其中，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上的設(shè)置有所述超聲波傳感器的位置與所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面上的設(shè)置有所述超聲波傳感器的位置相對(duì)應(yīng)。
[0015]上述的機(jī)械手臂，其中，所述超聲波傳感器為壓電式超聲波傳感器。
[0016]上述的機(jī)械手臂，其中，所述超聲波傳感器包含有兩個(gè)電晶片。
[0017]上述的機(jī)械手臂，其中，所述超聲波傳感器還包含有一個(gè)共振板。
[0018]綜上所述，本發(fā)明一種機(jī)械手臂，通過在機(jī)械手臂的晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的上表面與下表面各安裝3個(gè)呈等腰三角形分布的超聲波傳感器，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂在前后運(yùn)動(dòng)過程中，手臂控制器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的上表面與下表面通晶圓之間的距離，通過比較三個(gè)超聲波傳感器與晶圓之間的距離是否相等，即可判斷晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)是否發(fā)生傾斜，并且當(dāng)檢測(cè)到的距離小于安全值時(shí)，手臂控制器會(huì)發(fā)出手臂停止的指令，從而達(dá)到防止晶圓刮傷晶圓的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種機(jī)械手臂的晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種機(jī)械手臂在抓取晶圓時(shí)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明機(jī)械手臂做進(jìn)一步地詳細(xì)說明:
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種機(jī)械手臂的示意圖；如圖1所示，該機(jī)械手臂10包括一主體11，至少一個(gè)連接臂12以及一個(gè)用于承載晶圓的晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13，該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13為U型扁平狀結(jié)構(gòu)并定義該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13用來承載晶圓的表面為上表面，另一表面為下表面，且在該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13的上表面與下表面設(shè)置有相同數(shù)量的超聲波傳感器；其中，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)上的若干個(gè)超聲波傳感器14應(yīng)位于至少兩條直線上，即該若干個(gè)超聲波傳感器不能位于同一條直線上；優(yōu)選的，所述超聲波傳感器至少覆蓋了所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13的兩個(gè)平行線的指狀結(jié)構(gòu)的端點(diǎn)，并且覆蓋了所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13上靠近所述連接臂12的一端；該連接臂12用以驅(qū)動(dòng)該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13沿水平方向運(yùn)動(dòng)，所述主體11用以驅(qū)動(dòng)所述晶圓承載加持結(jié)構(gòu)13沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，即通過所述連接臂12與所述主體11的共同作用驅(qū)動(dòng)該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13沿三維方向運(yùn)動(dòng)。
[0024]優(yōu)選的，所述主體11包括一控制器(圖中未標(biāo)出)及驅(qū)動(dòng)器(圖中未標(biāo)出)。在該機(jī)械手臂10的工作過程中，該控制器可以接收所述若干個(gè)超聲波傳感器14所反饋來回的信號(hào)，并根據(jù)該反饋回來的信號(hào)輸出一控制信號(hào)至該驅(qū)動(dòng)器。所述驅(qū)動(dòng)器接受該控制信號(hào)的控制，驅(qū)動(dòng)所述連接臂12進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，以此將所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13移動(dòng)到目標(biāo)位置。如圖2所示，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13為U型結(jié)構(gòu)，其包括一個(gè)與連接臂12相連接的基部131和一個(gè)從該基部131的一端延伸出來的承載部132 ;優(yōu)選的，該承載部132包括兩個(gè)相互平行的指狀結(jié)構(gòu)1321和1322。所述相互平行的兩個(gè)指狀結(jié)構(gòu)1321和1322的上表面的端點(diǎn)處分別設(shè)置有第一超聲波傳感器141和第二超聲波傳感器142，且所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13的基部131上也設(shè)置有第三超聲波傳感器143 ;其中，所述超聲波傳感器143位于基部131的正中間，且所述的三個(gè)超聲波傳感器呈等腰三角形排布。
[0025]進(jìn)一步的，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13的下表面所設(shè)置的超聲波傳感器的排布應(yīng)與所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13的上表面相同，即上表面的超聲波傳感器與下表面的超聲波傳感器相對(duì)應(yīng)。
[0026]優(yōu)選的，所述超聲波傳感器14為壓電式超聲波傳感器，該壓電式超聲波傳感器包括兩個(gè)電晶片和一個(gè)共振板。
[0027]下面結(jié)合具體的實(shí)施例來介紹該防刮機(jī)械手臂在現(xiàn)實(shí)工藝中的使用過程:
[0028]圖3為上層晶圓21和下層晶圓22放置在晶圓固定裝置20的情況下利用機(jī)械手臂10抓取晶圓時(shí)的不意圖。
[0029]如圖3所示，當(dāng)設(shè)置超聲波傳感器14的晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13伸入到位于上層晶圓21和下層晶圓22之間的卡匣23之中時(shí)，位于晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13上表面和下表面的超聲波傳感器14將會(huì)檢測(cè)所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13與上層晶圓21和下層晶圓22之間的距離，其中，所述超聲波傳感器14為壓電式超聲波傳感器，該超聲波傳感器14包含有兩個(gè)電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)兩極被施加脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)的頻率等于所述壓力晶片的固有震蕩頻率時(shí)，該壓力晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板震動(dòng)，從而將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。當(dāng)機(jī)械手臂做前進(jìn)或后退動(dòng)作時(shí)，超聲波傳感器14開始運(yùn)作并發(fā)射出超聲波信號(hào)，然后接收因?yàn)橛龅缴蠈泳A21或下層晶圓22而反射回來的超聲波信號(hào)，從而計(jì)算出所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13與上層晶圓21和下層晶圓22之間的距離；也就是說利用聲音在空氣中的傳播速度，計(jì)算出發(fā)射出的超聲波與接收到的反射回來的超聲波之間的時(shí)間差，從而得到機(jī)械手臂在運(yùn)動(dòng)中與上層晶圓21和下層晶圓22之間的真實(shí)距離；然后對(duì)該時(shí)間差進(jìn)行處理，換算出距離值后，再將數(shù)據(jù)交付給機(jī)械手臂的控制器的控制裝置進(jìn)行處理。其中，由于所述三個(gè)超聲波傳感器14呈等腰三角形分布，所以如果3個(gè)超聲波傳感器14與所述晶圓之間的距離相等，則說明所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13處于水平狀態(tài)，相反，如果3個(gè)超聲波傳感器14與所述晶圓之間的距離不相等，則說明所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)13處于傾斜狀態(tài)；并且，如果計(jì)算出的距離值小于最初設(shè)定的安全距離值，手臂控制設(shè)備將會(huì)發(fā)出停止機(jī)械手臂10運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，從而達(dá)到防止刮傷的目的。
[0030]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種新型機(jī)械手臂，通過在機(jī)械手臂的晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的上表面與下表面各安裝3個(gè)呈等腰三角形分布的超聲波傳感器，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂在前后運(yùn)動(dòng)過程中，手臂控制器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的上表面與下表面通晶圓之間的距離，通過比較三個(gè)超聲波傳感器與晶圓之間的距離是否相等，即可判斷晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)是否發(fā)生傾斜，并且當(dāng)檢測(cè)到的距離小于安全值時(shí)，手臂控制器會(huì)發(fā)出手臂停止的指令，從而達(dá)到防止刮傷晶圓的目的。
[0031]通過說明和附圖，給出了【具體實(shí)施方式】的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。
[0032]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械手臂，應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓的取放作業(yè)中，其特征在于，所述機(jī)械手臂包括主體、晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)和至少一個(gè)連接該主體與晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的連接臂； 其中，該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)包括有設(shè)置在晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)上的若干個(gè)超聲波傳感器，該若干個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)置于該晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述連接臂的一端處，以及靠近所述連接臂的一端處，以檢測(cè)晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的表面與晶圓之間的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述機(jī)械手臂還設(shè)置有控制器。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)呈扁平狀。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)為U型結(jié)構(gòu)，且該U型結(jié)構(gòu)包括有兩個(gè)相互平行并位于同一平面內(nèi)的指狀結(jié)構(gòu)，且該兩個(gè)指狀結(jié)構(gòu)上均設(shè)置有所述超聲波傳感器。
5.如權(quán)利要求3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)械手臂，其特征在于，若干所述超聲波傳感器分別設(shè)置于所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的兩個(gè)表面。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)械手臂，其特征在于，設(shè)置于所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上的所述超聲波傳感器的數(shù)量與設(shè)置于所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面上的所述超聲波傳感器的數(shù)量相同。
7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面上的設(shè)置有所述超聲波傳感器的位置與所述晶圓承載夾持結(jié)構(gòu)的另一個(gè)表面上的設(shè)置有所述超聲波傳感器的位置相對(duì)應(yīng)。
8.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述超聲波傳感器為壓電式超聲波傳感器。
9.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述超聲波傳感器包含有兩個(gè)電晶片。
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂，其特征在于，所述超聲波傳感器還包含有一個(gè)共振板。
【文檔編號(hào)】H01L21/677GK103646904SQ201310554308
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】邵克堅(jiān), 彭國(guó)發(fā) 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司