减少边缘接触的晶片搬运系统以及改进和使用该系统的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种晶片搬运系统（２００）和一种针对现有晶片搬运设备（１００）改进所述系统的方法，可以实现一种通过仅接触晶片边缘附近不超过２ｍｍ宽的狭窄区域（２０２）搬运晶片（３５）的方法，该方法尤其适用于器件面的接触限制在排除区（２０２）的背面沉积工艺，所述排除区内的晶片不能使用。所述系统（２００）设有在晶片转送臂（２１２）上的卡盘（２０１），该卡盘通过重力将晶片固定在分段的、面向上的环形表面（２０７，２０８））上。在对准工位卡盘（２１６）上设有兼容的环形表面（２２３），所以可以通过仅在晶片表面的排除区（２０２）接触而转送晶片。加载臂（２６０）具有两个类似的兼容卡盘（２５９），所述卡盘还设有气动的夹持件（２７０），从而可以将晶片装入垂直加工设备（１０）中。晶片卡盘（２０１，２１６，２５９）代替真空卡盘改装入加工设备（１００）中，且使真空卡盘动作的真空管路用于晶片检测。提供真空卡盘指令的电信号用于使转送臂（２６０）上的夹持件（２７０）动作，从而不必改变控制软件，且硬件几乎不必改动。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及晶片搬运，尤其涉及半导体制造过程中的半导体晶片基体的输送和保持，尤其是直径为200mm或更大的晶片。
技术介绍
在半导体工业中，很多公司制造用于器件生产的半导体晶片，尤其是硅晶片的加工设备。半导体晶片加工设备使用自动的或机器人晶片搬运装置，使所述晶片移动通过所述加工设备，且保持所述晶片，以便加工。在半导体工业中，晶片搬运装置通常包括使用真空卡盘，所述卡盘包括在机械臂上的真空型刮铲件(spatula)或末端执行器，它们与晶片的背面相接触。对于通用的搬运装置，与晶片的接触是由真空卡盘在所述晶片中心的环形区域内完成的。在美国专利US5820329中描述了这样一种晶片搬运系统，在此通过引用而包括其内容。这种晶片搬运过程在许多用于加工晶片器件面的晶片加工机中很典型。在半导体制造中，当晶片的器件面加工完成后，有时在背面施加金属敷层。对于某些器件，所述金属敷层经常是金。利用金进行背面金属敷镀以及用于这种工艺的晶片搬运装置在1999年1月8日提交的一般转让且在审的美国专利申请No.09/227911中描述，在此通过引用而包括其内容。为了进行背面金属敷镀，使用与加工晶片的器件面类似的加工设备，但所述晶片的方向相反。部分加工的晶片方向翻转会使所述晶片中心的器件暴露，而与晶片转送臂的真空卡盘相接触。所述器件通常不能承受这种接触而不发生损坏。由于这一原因，已经研制了真空卡盘，以沿所述晶片边缘内的6mm环抓取晶片。结果，晶片边缘的6mm环预留为“排除区”，在该区域的晶片不能用于器件制造。所述6mm的排除环需要提供足以使真空卡盘沿搬运装置所需的垂直、水平和翻转方向可靠地夹持晶片的表面积。通常，对于直径200mm的晶片，沿晶片边缘与晶片搬运装置的元件啮合的晶片上的6mm接触面积总计达到超过36平方厘米的面积，或晶片面积的12％。工业界已经表示，需要降低晶片和晶片搬运装置之间的接触面积，可取的是，不超过200mm或300mm的晶片边缘2mm。这种2mm的排除区包括的面积对于200mm的晶片仅为约12平方厘米，对于300mm的晶片约为18平方厘米。现有技术不能满足这种需求。晶片搬运装置与它们作为其中一部分或互相作用的机器一起进行操作和控制。如果对晶片搬运装置的性质和操作作基本的改变，那么可能导致与半导体加工机的操作控制不兼容，或有负面作用。如果晶片搬运装置的变化不伴随着所述机器的更换或重新设计，则会影响操作软件或系统运行。这些接触区域通常妨碍被所述接触区域包围的晶片部分用于器件制造，而限制了单张晶片的器件产量。随着图案几何尺寸变得更小，对更高的单张晶片产量的要求变得更高，增加晶片有效面积的需求也更大。因此，需要提供一种晶片搬运装置和晶片搬运技术，该技术可以在与晶片接触的区域具有更小的接触面积或排除区。还需要提供一种改进的晶片搬运方法，在使用这种改进的晶片搬运装置和晶片搬运技术时，可以不影响机器的操作软件和系统运行。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是实现用于背面加工的半导体晶片的啮合和转送，同时使得与晶片器件面的接触最小。本专利技术的具体目的是实现半导体晶片的啮合和转送，同时在邻近晶片外围的排除区接触晶片，尤其是，所述排除区的宽度不大于2mm。本专利技术的另一目的是提供一种用于保持和转送晶片的方法和设备，能够保持和转送不同尺寸的晶片，尤其是200mm和300mm的晶片，并能够使用不同尺寸的晶片。本专利技术的另一目的是提供一种晶片保持和转送系统，该系统可以减小器件面的接触，以便晶片的背面加工，且该系统与现有技术中的不具备这种能力的加工机器兼容，或可以改装到现有技术中的加工机器上。本专利技术的另一个目的是实现将这种系统改装到现有的加工机器上，且对所述加工机器的硬件影响最小，并且几乎不影响或不影响所述加工机器的操作软件。根据本专利技术的原理，提供了一种晶片搬运系统，该系统具有晶片转送臂卡盘、中心工位卡盘和加载臂卡盘，所述加载臂卡盘可以保持晶片并在卡盘、晶片盒和加工机的晶片保持器之间交换晶片，同时接触晶片表面上减小的面积，且在背面加工过程中，该系统能够仅接触晶片器件面上晶片周边附近最好宽度不超过2mm的排除区。在特定实施例中，转送臂和加载臂的晶片卡盘具有倾斜的边缘环或边缘环段，其直径大于所述晶片的直径。所述倾斜边缘环保证在晶片的边缘仅有窄的排除区与支撑晶片的卡盘表面相接触。对于某些应用，中心工位卡盘也可以设有这种倾斜边缘环。在特定实施例中，在转送臂上设有末端执行器卡盘。所述末端执行器是多件式结构，以便获得较高的平面度，使用内部真空通道确定晶片的存在，且具有陶瓷支架，所述支架可以调整而容纳不同直径的晶片，例如，直径200mm和300mm。所述中心工位卡盘校正晶片的平坦、晶片的晶体取向和晶片的中心。所述卡盘最好是多件式结构，并使用真空通道检测晶片的存在，且在卡盘转动晶片时使用光学传感器感知晶片的平面方向。中心工位卡盘的表面具有下凹部分，比如间隙槽，以使所述端部执行器的支架相对于原位置在卡盘方向的容许范围内顺利地放入或取出晶片。所述加载臂卡盘在某些方面类似于中心工位卡盘，其中所述卡盘与转送臂卡盘相互作用，但不转动而改变晶片的方向。它使用真空通道确定晶片的存在。加载臂具有枢转的晶片边缘勾挂或夹持元件，所述元件在排除区内夹持晶片边缘。所述夹持元件是通过电气致动装置气动操作的，所述致动装置可以响应于操作真空控制装置的相同电控信号，所述真空控制装置是前一加载臂的真空卡盘。加载臂卡盘的夹持元件随机械转送臂相对于加载臂或加载臂相对于加工机器的晶片支架的动作而起动。所述夹持元件可以是枢转的夹持钩，或代替枢转的夹持钩，可以是其它类型的晶片夹持装置，比如转动锁闩，类似于所述现有技术中具有枢转的滚子或非接触突出部的那些，其中所述滚子等可以在晶片边缘转动，将晶片锁定在加载臂卡盘上。所述夹持元件可以使加载臂沿垂直方向或面向下夹持晶片，同时沿其它或不同的方向夹持或移动。在本专利技术的特定实施例中，装备系统的真空卡盘是利用机械式晶片啮合卡盘改进的，尤其是更换转送臂端部执行器、晶片对中或对准工位以及晶片加载臂上的真空卡盘。在这种系统中，转送臂可以拾取并水平移动处理过的晶片，使它们在晶片盒、对中或对准工位和加载臂之间转送。而且，在对中或对准工位的卡盘可以接收来自转送臂的晶片，确定并对准晶片的方向，且也沿水平方向将晶片返回到转送臂上的对中和定向位置。此外，加载臂卡盘可以在转送臂卡盘和晶片加工机器的晶片支架之间移动晶片，或更换另一晶片，而在转送臂上的水平方向和加工机器的晶片支架上的垂直方向之间使晶片重新定向。在从转送臂转送晶片过程中它们水平放置且面向上时，晶片至少部分通过重力保持在转送臂的水平放置的、面向上的卡盘和对准工位上，且部分通过重力保持在加载臂卡盘上，且沿其它方向移动时，由正向的晶片边缘夹持钩保持。在本专利技术的特定实施例中，晶片搬运系统的控制装置与现有技术中装配的真空卡盘的控制装置兼容，所以，所述系统可以改进而没有基本硬件的变化，且不改变所述机器的控制软件。真空卡盘的控制管路用于感应卡盘上晶片的存在。夹持操作气缸由电动气动螺线管操作，而电磁铁由提供给真空卡盘操作的电子软件的真空指令信号控制。本专利技术的实施例可以以改进套件的形式提供，所述套件包括三个配置起来代替现有加工机器的转送臂、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体晶片搬运系统，尤其是能在晶片加工机中输送具有在其一侧的器件表面、直径、通常为圆形的边缘、在所述器件表面上紧接所述边缘不超过大约２ｍｍ宽的排除区的半导体晶片，以便进行加工，同时仅在其排除区接触晶片的器件表面，所述系统包括：转送臂 卡盘；对准工位卡盘；加载臂卡盘；并且每一转送臂卡盘、对准工位卡盘和加载臂卡盘具有：位于一个平面内且由圆环段部分形成的晶片支撑表面，所述圆环具有至少与所述晶片直径一样大的外径、和小于所述晶片直径在至少２ｍｍ内的内径；并且每 一转送臂卡盘和加载臂卡盘具有：在至少多个角度间隔部分从所述支撑表面的外径延伸的斜面，用于将晶片的边缘引导至所述支撑表面上，并防止卡盘的支撑表面和晶片之间在排除区之外接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2000-11-29 09/725,8231.一种半导体晶片搬运系统，尤其是能在晶片加工机中输送具有在其一侧的器件表面、直径、通常为圆形的边缘、在所述器件表面上紧接所述边缘不超过大约2mm宽的排除区的半导体晶片，以便进行加工，同时仅在其排除区接触晶片的器件表面，所述系统包括转送臂卡盘；对准工位卡盘；加载臂卡盘；并且每一转送臂卡盘、对准工位卡盘和加载臂卡盘具有位于一个平面内且由圆环段部分形成的晶片支撑表面，所述圆环具有至少与所述晶片直径一样大的外径、和小于所述晶片直径在至少2mm内的内径；并且每一转送臂卡盘和加载臂卡盘具有在至少多个角度间隔部分从所述支撑表面的外径延伸的斜面，用于将晶片的边缘引导至所述支撑表面上，并防止卡盘的支撑表面和晶片之间在排除区之外接触。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于转送臂卡盘的晶片支撑面位于水平面上并且朝向上方；以及转送臂卡盘包括用于安装在机器的晶片转送机械臂端部的本体，所述本体至少具有所述圆环段部分之一；从其延伸的至少两臂，每一臂具有一远端，每一远端至少具有所述圆环段部分之一；转送臂卡盘的斜面在每一本体和所述臂端部上的至少所述部分之一上的所述支撑表面的外径向上延伸；其中所述半导体晶片搬运系统可以利用在转送臂端部上的转送臂卡盘拾取并通过重力支撑半导体晶片，所述晶片使其器件表面向下，其排除区与所述本体和转送臂端部上的支撑表面的所述部分、以及邻近所述支撑表面的每一所述部分的晶片直径外侧的斜面形成表面接触。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于转送臂卡盘的晶片支撑面位于水平面上并且朝向上方；所述斜面从所述支撑表面的外径向上且向外延伸；以及所述转送臂卡盘拾取半导体晶片并通过重力支撑，所述晶片使其器件表面向下，其排除区与所述支撑表面的所述部分、以及邻近所述支撑表面的每一所述部分的晶片直径外侧的斜面形成表面接触，从而使晶片的器件表面和所述支撑表面的接触限于晶片的排除区。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述转送臂卡盘包括位于所述支撑表面上的真空端口，当形成连接时，通过所述晶片表面的排除区的阻挡，可以启动晶片存在检测器。5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括对准工位卡盘，它具有位于平面内、且由圆环段部分形成的晶片支撑表面，所述圆环具有至少与晶片直径一样大的外径、和小于晶片直径在至少2mm内的内径。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述对准工位卡盘具有在至少多个角度间隔的部分上从所述支撑表面的外径延伸的斜面，用于将晶片的边缘引导至支撑表面上，并防止卡盘的支撑表面和晶片之间在排除区之外接触。7.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述对准工位卡盘的晶片支撑表面位于水平面内、且面向上；以及所述对准工位卡盘用于安装在机器的晶片对准装置上，且具有至少一个位于所述支撑表面的两部分之间的一个凹入部分，从而可以使转送臂卡盘在晶片和对准工位卡盘之间延伸，将晶片放在对准工位卡盘上或从对准工位卡盘上拾取；其中所述晶片对准卡盘可以通过重力支撑，以便由转送臂卡盘对准以及拾取半导体晶片，所述晶片使其器件表面向下，且其排除区与晶片对准卡盘上的支撑表面的所述部分形成表面接触。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述对准工位卡盘具有在至少多个角度间隔的部分上从所述支撑表面的外径延伸的斜面，用于将晶片的边缘引导至支撑表面上，并防止卡盘的支撑表面和晶片之间在排除区之外接触；所述对准工位卡盘的斜面在所述对准工位卡盘的支撑表面的所述部分上的所述对准工位卡盘的支撑表面的外径向上延伸；其中所述晶片对准卡盘可以支撑半导体晶片，所述对准工位卡盘的所述斜面在邻近所述支撑表面的每一所述部分的晶片直径外侧。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加载臂卡盘用于安装在机器的晶片转送臂上，且具有至少一个位于所述支撑表面的两部分之间的一个凹入部分；所述凹入部分这样构造，即当加载臂卡盘的晶片支撑表面处于水平面内、且面向上时，所述转送臂卡盘可以在加载臂卡盘的面向上的支撑表面上支撑的晶片和加载臂卡盘之间延伸，而将晶片放在加载臂卡盘上或从加载臂卡盘上拾取；加载臂卡盘的斜面从所述加载臂卡盘的支撑表面的外径向上延伸；一组可移动的锁定元件，当啮合时用于移动邻靠与排除区相对的晶片背面，而将晶片夹持在加载臂卡盘的支撑表面上，当脱开时释放晶片；其中锁定元件脱开时，所述加载臂卡盘可以通过重力支撑半导体晶片，以便转送臂卡盘拾取，所述晶片使其器件表面向下，且其排除区与加载臂卡盘上的支撑表面的所述部分、以及邻近所述支撑表面的每一所述部分的晶片直径外侧的斜面形成表面接触。10.一种制造能输送半导体晶片的晶片搬运设备的方法，该晶片具有器件面、背面、直径和通常为圆形的边缘，且通过仅在所述器件面上的邻近所述边缘的不超过2mm宽的排除区接触晶片输送，该设备具有至少一个晶片盒工位，用于保持水平放置的晶片形成的垂直叠层；具有加载工位的晶片加工机，所述加载工位上有晶片保持器；用于在加载工位的晶片保持器和转送位置的水平方位之间移动晶片的加载臂；转送机械臂，用于在晶片盒工位的晶片盒和对中工位以及加载臂的转送位置之间单个地移动水平方向的晶片；所述方法包括连接至少两个晶片卡盘，至少在每一转送机械臂和加载臂上连接一个，每一卡盘具有位于一个平面内且由圆环段部分形成的晶片支撑表面，所述圆环具有至少与所述晶片直径一样大的外径、和小于所述晶片直径在至少2mm内的内径；在至少多个角度间隔的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬D库梅尔，斯坦尼斯瓦夫科帕茨，格林雷诺兹，迈克尔詹姆斯隆巴尔迪，托德迈克尔维斯孔蒂，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]