一种半导体设备机械手辅助定位装置的制作方法

1.本实用新型属于半导体设备技术领域，具体地涉及一种半导体设备机械手辅助定位装置。


背景技术：

2.在半导体设备中，为提供工艺所需的真空环境，一般均具有装卸锁定室(loadlock)，用于装载晶圆以及在大气和真空环境之间转换。半导体设备的真空腔室内设置有机械手，用于将晶圆移入和移出装卸锁定室。因此需要在设备运行前对机械手的位置进行设定及调试校准，使机械手能够在程序控制下移动至装卸锁定室的特定位置从而稳定地取放晶圆。确定机械手位置准确的传统方式为通过目测确定其位置是否居中，其很难保证精度。也有现有方案通过设置传感器扫描监控晶圆位置，虽然其能够保证较高的精度，但是结构复杂、成本较高，并且每次处理前都需要进行校准，效率较低。


技术实现要素：

3.基于现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种半导体设备机械手辅助定位装置，利用现有装卸锁定室的结构，采用结构及操作简便的工装定位方式，对机械手进行精度较高的校准，避免传统目测校准精度差以及现有高精度校准方式结构复杂、成本高的问题。
4.依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种半导体设备机械手辅助定位装置，半导体设备中具有装卸锁定室，其包括有辅助定位板，辅助定位板呈板状，辅助定位板的下部的外侧轮廓与装卸锁定室圆柱形的内侧壁相匹配地贴合，辅助定位板的上部向外延伸有挡板；辅助定位板的中心开设有定位中心孔；还包括有晶圆校准片，晶圆校准片与晶圆的形状、尺寸相同，晶圆校准片的中心开设有晶圆中心孔，晶圆校准片承载于机械手上；晶圆校准片位于辅助定位板下方，晶圆中心孔与定位中心孔相对齐并垂直贯穿有定位销。
5.进一步地，装卸锁定室底部开设有底部中心孔，底部中心孔为盲孔，其位置与晶圆中心孔及定位中心孔相对齐，定位销的下端插入底部中心孔。
6.进一步地，辅助定位板的中心处的厚度大于边缘处的厚度，定位中心孔的长度方向垂直于辅助定位板的挡板的下表面。
7.进一步地，辅助定位板下部的外侧为圆弧面，且该圆弧面到定位中心孔的距离等于装卸锁定室圆柱形内侧壁的半径。
8.在一实施例中，辅助定位板呈圆板状。
9.进一步地，挡板包括有沿周向间隔分布的至少三个，或者，挡板为周向环绕设置的一圈。
10.在又一实施例中，如权利要求的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，辅助定位板呈x字形。
11.进一步地，辅助定位板的x字形的四个末端均设置有挡板。
12.进一步地，晶圆中心孔的内侧面、定位中心孔的内侧面，以及定位销的外侧面均为光滑圆柱面。
13.进一步地，装卸锁定室底部具有用于支撑放置晶圆的支撑块
14.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：
15.1、本实用新型的半导体设备机械手辅助定位装置通过定位于中心且垂直设置的定位销确保只有当机械手移动晶圆校准片至所需的居中位置时，定位销才能够落入晶圆校准片的晶圆中心孔。结构简单、成本较低、操作方便，可有效保证校准精度、缩短调试时间。
16.2、本实用新型的半导体设备机械手辅助定位装置在位于设备前端的装卸锁定室进行操作，并且无需对半导体设备本身进行改造，使用便捷，实用性强。
17.3、本实用新型的半导体设备机械手辅助定位装置通过机械结构实现辅助定位，避免现有方式依靠目测而存在误差的问题，也无需使用结构复杂或高成本的电子装置在每次处理前进行校准，有助于降低成本、提高效率。
附图说明
18.图1是本实用新型一实施例的立体结构示意图。
19.图2是图1所示结构的剖视示意图。
20.图3是本实用新型一实施例的俯视结构示意图。
21.附图中的附图标记说明：
22.1、辅助定位板；
23.2、定位中心孔；
24.3、晶圆校准片；
25.4、晶圆中心孔；
26.5、定位销；
27.6、装卸锁定室；
28.7、机械手；
29.8、支撑块；
30.9、挡板；
31.10、底部中心孔。
具体实施方式
32.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存
关系。
35.需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
36.本实用新型涉及一种半导体设备机械手辅助定位装置，属于半导体设备技术领域，其包括有辅助定位板，辅助定位板呈板状，辅助定位板的下部的外侧轮廓与装卸锁定室圆柱形的内侧壁相匹配地贴合，辅助定位板的上部向外延伸有挡板；辅助定位板的中心开设有定位中心孔；还包括有晶圆校准片，晶圆校准片与晶圆的形状、尺寸相同，晶圆校准片的中心开设有晶圆中心孔，晶圆校准片承载于机械手上；晶圆校准片位于辅助定位板下方，晶圆中心孔与定位中心孔相对齐并垂直贯穿有定位销。本方案结构简单、操作方便，在位于设备前端的装卸锁定室进行操作，实现机械手的辅助定位，可有效保证校准精度、缩短调试时间，并且无需对半导体设备本身进行改造，实用性强。
37.首先请参阅图3，为一种可适用本实用新型辅助定位装置的半导体设备局部结构俯视示意图，半导体设备包括有相连接的装卸锁定室6和真空腔室。其中，装卸锁定室6用于装载晶圆以及在大气和真空环境之间转换，图1至图3所示为装卸锁定室6的可抽真空的腔体(图中未示出)的内部的结构，装卸锁定室6的上方具有圆柱形的内侧壁，装卸锁定室6内设置有用于支撑晶圆的支撑块8，支撑块8例如为设置于装卸锁定室6底部边缘位置两侧的两个，且为与晶圆形状相匹配的圆弧形。
38.进行工艺处理时，待处理的晶圆架放于装卸锁定室6内的支撑块8上，半导体设备的真空腔室中设置有机械手7，其前端例如呈叉臂形，并至少能够进行伸缩、旋转和升降，机械手7伸入装卸锁定室6中晶圆的下方，然后向上升起拾取晶圆，接着将晶圆从装卸锁定室6移动到真空腔室，下降释放在真空腔室内的工艺机台(例如为吸盘)上，进行工艺处理；处理结束后再通过机械手7将晶圆传送回装卸锁定室6(或另一个装卸锁定室、另一个工艺机台等其他位置)。在对机械手7进行传送动作设定时，简单而言，需要保证其移动晶圆至装卸锁定室6及工艺机台时的位置符合要求，即需要确定机械手7将晶圆移动放置到装卸锁定室6时晶圆的位置居中，通过可编程的控制器对机械手7进行移动控制、记录位置坐标以及进行完整动作过程的编程设置。现有技术方案依靠目测或者传感器来判断机械手7及晶圆的位置是否居中，因此存在准确性较差或设备成本高等问题，本实用新型的主要改进点即针对于此提供一种新型的辅助定位装置。
39.请参阅图1、图2，本实用新型的一种半导体设备机械手辅助定位装置，其包括有辅助定位板1，辅助定位板1的下部的外侧轮廓与装卸锁定室6圆柱形的内侧壁相匹配地贴合，辅助定位板1的上部向外延伸有挡板9，挡板9架设于装卸锁定室6的内侧壁上缘，从而便于辅助定位板1的取放。辅助定位板1的中心开设有定位中心孔2。更具体而言，辅助定位板1下部的外侧为圆弧面，且该圆弧面到定位中心孔2的距离等于装卸锁定室6圆柱形内侧壁的半径。还包括有晶圆校准片3，晶圆校准片3与晶圆的形状、尺寸相同，晶圆校准片3的中心开设有晶圆中心孔4，晶圆校准片3承载于机械手7上。晶圆校准片3位于辅助定位板1下方，晶圆中心孔4与定位中心孔2相对齐并垂直贯穿有定位销5。
40.优选实施例中，辅助定位板1的中心处的厚度大于边缘处的厚度，从而使定位中心孔2形成具有一定长度的筒状，并且定位中心孔2的长度方向垂直于辅助定位板1的挡板9的下表面，这样对定位销5起到限位作用，使定位销5在中心位置保持竖直且只能上下运动。晶
圆中心孔4的内侧面、定位中心孔2的内侧面，以及定位销5的外侧面均为光滑圆柱面，使定位销5运动更顺畅、不会卡住。
41.更优选一实施例中，装卸锁定室6底部开设有底部中心孔10，底部中心孔10为盲孔，其位置与晶圆中心孔4及定位中心孔2相对齐，定位销5的下端能够自上而下经过定位中心孔2和晶圆中心孔4后插入底部中心孔10中，进一步保证晶圆校准片3的位置与装卸锁定室6腔室同心。
42.具体的又一实施例中，辅助定位板1呈圆板状，并优选在靠近定位中心孔2的位置具有透明区域。挡板9包括有沿周向间隔分布的至少三个，或者，挡板9为周向环绕设置的一圈。
43.另一实施例中，如图1、图2所示，辅助定位板1呈x字形。辅助定位板1的x字形的四个末端均设置有挡板9。更优选地，x字形的四个外侧端点构成长方形，辅助定位板1的x字形与装卸锁定室6圆柱形的内侧壁之间形成较大的观察窗口。辅助定位板1的x字形的一侧相靠近的两外侧端具有弹性件，辅助定位板1的另一侧的两外侧端为平面或圆弧面。具体一种优选的弹性件例如，辅助定位板1下部的外侧端向内开设有导向盲孔，导向盲孔内通过弹簧连接有顶紧销，从而实现受力收缩并提供向外的弹性恢复力。采用上述一侧有弹性件的方案，加工时只需确保定位中心孔2到不具有弹性件的外侧端的距离等于装卸锁定室6内侧壁的半径即可，将辅助定位板1该侧对齐放入后，依靠弹性件的弹力将辅助定位板1的另一侧顶紧，这时定位中心孔2的位置是唯一的，保证其位于装卸锁定室6的圆心位置，避免因加工误差、尺寸公差导致定位中心孔2位置不唯一而影响校准的精度。
44.采用本实用新型优选实施例的辅助定位装置的使用过程及原理如下。
45.1、将辅助定位板1向下安装压入装卸锁定室6；辅助定位板1安装到位后，挡板9下表面接触装卸锁定室6的内侧壁上缘，定位中心孔2位于装卸锁定室6圆柱形腔室的中心轴线位置。
46.2、在机械手7上放置晶圆校准片3，通过机械手7的控制器移动机械手7至装卸锁定室6内。
47.3、通过机械手7的控制器调整机械手7的位置，从而调整晶圆校准片3的位置，调整至定位中心孔2与晶圆中心孔4相对齐，并能够垂直地贯穿插入定位销5。
48.例如在未对齐时将定位销5插入定位中心孔2，定位销5的下端会接触晶圆校准片3，继续调整晶圆校准片3的位置，直至定位销5的下端落入晶圆中心孔4，即说明定位中心孔2与晶圆中心孔4相对齐。
49.4、至此，机械手7位置校准完成，此时其位置坐标数据参数即为校准后的所需参数。
50.需要说明的是，以上操作过程仅为与本实用新型辅助定位装置相关的部分，实际机械手7的动作设定过程较为复杂，并且为现有技术，并非本实用新型改进重点，因此不再赘述。可以想到，例如首先将晶圆居中放置于工艺机台，确定机械手7在工艺机台取放晶圆的位置坐标，然后机械手7承载晶圆移动至装卸锁定室6，进行上述校准操作，即可确定机械手7“返程”的动作路径；与其反向的路径只需将此动作路径反转；因此可以保证机械手7每一次传送晶圆都能够稳定、准确地达到所需的位置，不会出现晶圆偏离理想位置的情况。
51.综上所述，本实用新型的半导体设备机械手辅助定位装置可以保证校准精度，缩
短调试时间。由于晶圆校准片3在晶圆支撑块8的位置需要同心，如果没有辅助定位装置，很难保证精度，进而将影响后续晶圆传输的可靠性。本实用新型的辅助定位装置可以保证辅助定位装置的定位中心孔2和装卸锁定室6的内侧面同心，再通过定位销5来定位晶圆校准片2的中心位置，可以大幅度提高精度。此外，可以想到的是，例如从装卸锁定室6前端的前端模块(efem)将晶圆传送至装卸锁定室6的过程等，也可采用本实用新型的方案进行辅助定位校准。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种半导体设备机械手辅助定位装置，所述半导体设备中具有装卸锁定室(6)，其特征在于，其包括有辅助定位板(1)，所述辅助定位板(1)的下部的外侧轮廓与所述装卸锁定室(6)圆柱形的内侧壁相匹配地贴合，所述辅助定位板(1)的上部向外延伸有挡板(9)；所述辅助定位板(1)的中心开设有定位中心孔(2)；还包括有晶圆校准片(3)，所述晶圆校准片(3)与所述晶圆的形状、尺寸相同，所述晶圆校准片(3)的中心开设有晶圆中心孔(4)，所述晶圆校准片(3)承载于所述机械手(7)上；所述晶圆校准片(3)位于所述辅助定位板(1)下方，所述晶圆中心孔(4)与所述定位中心孔(2)相对齐并垂直贯穿有定位销(5)。2.如权利要求1所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述装卸锁定室(6)底部开设有底部中心孔(10)，所述底部中心孔(10)为盲孔，其位置与所述晶圆中心孔(4)及所述定位中心孔(2)相对齐，所述定位销(5)的下端插入所述底部中心孔(10)。3.如权利要求1所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述辅助定位板(1)的中心处的厚度大于边缘处的厚度，所述定位中心孔(2)的长度方向垂直于所述辅助定位板(1)的所述挡板(9)的下表面。4.如权利要求1所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述辅助定位板(1)下部的外侧为圆弧面，且该圆弧面到所述定位中心孔(2)的距离等于所述装卸锁定室(6)圆柱形内侧壁的半径。5.如权利要求1所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述辅助定位板(1)呈圆板状。6.如权利要求5所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述挡板(9)包括有沿周向间隔分布的至少三个，或者，所述挡板(9)为周向环绕设置的一圈。7.如权利要求1所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述辅助定位板(1)呈x字形。8.如权利要求7所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述辅助定位板(1)的x字形的四个末端均设置有所述挡板(9)。9.如权利要求1-8中任意一项所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述晶圆中心孔(4)的内侧面、所述定位中心孔(2)的内侧面，以及所述定位销(5)的外侧面均为光滑圆柱面。10.如权利要求1-8中任意一项所述的半导体设备机械手辅助定位装置，其特征在于，所述装卸锁定室(6)底部具有用于支撑放置晶圆的支撑块(8)。

技术总结
本实用新型涉及一种半导体设备机械手辅助定位装置，属于半导体设备技术领域，其包括有辅助定位板，辅助定位板呈板状，辅助定位板的下部的外侧轮廓与装卸锁定室圆柱形的内侧壁相匹配地贴合，辅助定位板的上部向外延伸有挡板；辅助定位板的中心开设有定位中心孔；还包括有晶圆校准片，晶圆校准片与晶圆的形状、尺寸相同，晶圆校准片的中心开设有晶圆中心孔，晶圆校准片承载于机械手上；晶圆校准片位于辅助定位板下方，晶圆中心孔与定位中心孔相对齐并垂直贯穿有定位销。本方案结构简单、操作方便，在位于设备前端的装卸锁定室进行操作，实现机械手的辅助定位，可有效保证校准精度、缩短调试时间，并且无需对半导体设备本身进行改造，实用性强。实用性强。实用性强。


技术研发人员：王慧锋
受保护的技术使用者：盛吉盛半导体科技（北京）有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/7/19