机械手清洗装置、清洗方法及半导体设备与流程

1.本发明涉及晶圆加工设备技术领域，尤其涉及机械手清洗装置、清洗方法及半导体设备。


背景技术：

2.在半导体的前道加工工艺中，均需要半导体设备前端模块efem(equiment front end module)将晶圆在不同的工艺腔间进行运输。半导体设备前端模块efem通过机械手在晶舟和晶圆传递盒之间传送晶圆，传递准确且速率快。在此过程中，机械手有可能受到污染，晶圆背面薄膜和机械手臂接触洒落颗粒，影响晶圆的加工品质，所以经常需要对机械手进行清洗。
3.目前的机械手清洗通常采取1、停机并拆卸清洗的方式进行清洗，而机械手再次安装后，还需要再次进行机械手的调平，大大降低了生产效率；2、液体喷淋、擦拭的方式进行清洗，采用流体喷淋，兼擦拭的方式进行清洗，针对污点严重之处清洗效果不佳，导致晶圆被污染，降低了成品良率。


技术实现要素：

4.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种机械手清洗装置，能进行机械手的自动清洗，清洗效率高。
5.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种机械手清洗装置，其包括壳体，所述壳体的腔体自上而下设置有采集区、检测区和清洁区，所述壳体上设置有分别与采集区、检测区和清洁区连通的开口；所述采集区设置有采集装置，所述采集装置用于采集机械手的形状轮廓；所述检测区设置有扫描装置，所述扫描装置用于扫描机械手的表面，并对所述机械手的表面清洁度进行判断；所述清洁区设置有清洁装置，所述清洁装置用于对机械手的表面进行清洁，所述清洁装置包括矩阵分布的多个清洁头，每个所述清洁头可单独启闭。
6.清洁装置进行机械手的自动清洗，由于清洁头单独启闭，且可根据采集装置才几点机械手的形状轮廓进行定向清洗，避免多余流体喷出，污染机械手。还可对清洗后的机械手进行清洁度判断，针对特定脏污，实现特定区域的重点清洗。
7.进一步来说，所述清洁头包括抽吸管，所述抽吸管内固定有与其同轴设置的喷液管，所述喷液管内设置有上下导通的第一通道，所述喷液管的外壁和抽吸管的内壁之间限定形成第二通道。第一通道和第二通道的双通道结构，在进行喷射流体的同时回收清洗流体，有效清洗牢固脏物，不留痕迹，提高清洁效率。
8.进一步来说，所述喷液管的上端为圆柱结构，下端为收口结构，所述收口结构的截面由上至下呈逐渐收拢状态。收口结构可实现流体速度的增加，采用爆破式清洗的方式，瞬间将粘附于机械手的污染物冲洗掉,实现流体微爆破式清洗。
9.进一步来说，所述抽吸管的上端为圆柱结构，下端处呈上细下粗的喇叭结构，面积
大。可保证第一通道喷洒的流体全部回收。
10.进一步来说，多个所述清洁头均设置在一个平板状安装板上，所述平板状安装板能在清洁区的水平面内，沿相互垂直的第一方向和第二方向进行往复移动。由于相邻的清洁头之间存在间距，当对机械手进行清洗时，会产生清洁盲区，因此，在两个垂直的方向上对平板状安装板进行短距离的移动，可以覆盖清洁盲区，以提高机械手的清洁度。
11.进一步来说，所述清洁头倾斜喷射到机械手上，所述清洁头的喷射线与水平线的夹角为5-10度。斜向喷射流体，增加喷射力度，实现更有效的清洗。
12.进一步来说，所述清洁头转动连接在平板状安装板上，进行一定角度的斜向喷淋清洗，实现清洁头喷射线的倾斜。
13.进一步来说，所述清洁头固定在平板状安装板，所述平板状安装板上设置有一斜面，所述清洁头固定在斜面上。
14.进一步来说，所述壳体的侧板上设置有供平板状安装板移动的支撑框架，所述支撑框架包括第一导向框和第二导向框，所述第一导向框固定在侧板上，所述第二导向框能沿第一导向框在第一方向滑动，所述平板状安装板能沿第二导向框在第二方向滑动。支撑框架对平板状安装板一方面起到支撑作用，另一方面对平板装安装板的移动提供导向。
15.进一步来说，所述采集装置包括固定在采集区的工业摄像机，所述工业摄像机始终位于进入采集区的机械手的上方，所述工业摄像机至少设置有一个。
16.进一步来说，所述扫描机构包括激光发射器和散射光接收器，所述激光发射器用于向机械手表面发射激光，所述散射光接收器用于收集激光发射器发射的激光在机械手表面上散射后的光信号。
17.进一步来说，所述壳体的侧板上设置有隔板，所述扫描装置通过十字滑台与隔板连接，所述十字滑台固定在隔板下端面，并能驱动所述扫描装置在水平面内沿十字移动。扫描装置在移动过程中，覆盖整个机械手，完成对整个机械手的扫描。
18.进一步来说，还包括抽风板，所述抽风板设置在清洁区的底部并始终位于所述机械手下方，所述抽风板内形成抽风腔，所述抽风板的顶端阵列分布有若干与抽风腔导通的抽风口，所述抽风腔连通有位于壳体外部的抽风机。当机械手清洁完成后，启动抽风机，腔体内的空气自上而下从抽风口进入抽风腔内，再排出壳体，完成对壳体的清洁。避免机械手在清洗过程中，留下污染物，对腔体，尤其清洁腔内造成污染，影响后续机械手的清洗。
19.本发明还公开机械手清洗方法，包括如下步骤，图形轮廓采集，通过采集装置采集机械手的形状轮廓，并记录形状轮廓；初步清洗，通过清洁装置对机械手的表面进行清洁，其中清洁装置根据形状轮廓开启对应的清洁头；清洗检测，通过扫描装置对清洗后的机械手进行扫描，判断机械手的表面是否存在污染区并对污染区进行记录；深度清洗，当步骤三中存在污染区时，清洁装置再根据污染区开启对应的清洁头进行污染区清洁；重复清洗检测-深度清洗直至扫描装置判断没有污染区存在。
20.清洁装置进行机械手的自动清洗，且可根据采集装置才几点机械手的形状轮廓进行定向清洗，避免多余流体喷出，污染机械手。还可对清洗后的机械手进行清洁度判断，针对特定脏污，实现特定区域的重点清洗。
21.进一步来说，在所述初步清洗和深度清洗过程中，所述清洁头可以同时在水平面内同步进行两个垂直方向的往复移动。由于相邻的清洁头之间存在间距，当对机械手进行
清洗时，会产生清洁盲区，因此，在两个垂直的方向上对平板状安装板进行短距离的移动，可以覆盖清洁盲区，以提高机械手的清洁度。
22.进一步来说，所述清洁头能在对机械手表面进行流体喷射，同时可以抽吸喷洒到机械手表面后的流体。在进行喷射流体的同时回收清洗流体，有效清洗牢固赃物，不留痕迹，提高清洁效率。
23.本发明还公开半导体设备，包括上述的机械手清洗装置，所述机械手清洗装置设置在晶圆传输装置的侧面。在不拆卸机械手的情况下，利用搬运晶圆的间隙，执行机械手的清洗。
附图说明
24.图1为本发明实施例一的立体结构示意图；
25.图2为本发明实施例一的剖视图；
26.图3为图1中a处放大图；
27.图4为本发明实施例一中清洗头的侧视图；
28.图5为图4沿a-a线的剖视图；
29.图6为本发明实施例二的流程图。
30.图中：
31.1、壳体；11、采集区；111、开口一；12、检测区；121、开口二；13、清洁区；131、开口三；2、采集装置；3、扫描装置；31、激光发射器；32、散射光接收器；4、清洁头；41、抽吸管；411、第二通道；42、喷液管；421、第一通道；5、平板状安装板；6、隔板；7、抽风板；71、抽风口；8、机械手；9、支撑框架；91、第一导向框；92、第二导向框；921、滑槽。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
33.实施例1
34.参见附图1和2所示，本发明的机械手8清洁装置，包括壳体1，壳体1的腔体自上而下设置有采集区11、检测区12和清洁区13。壳体1上设置有分别与采集区11、检测区12和清洁区13连通的开口，机械手8臂从开口处伸入对应的区域，三个开口位于壳体1的同一侧。
35.采集区11设置有采集装置2，采集装置2用于采集机械手8的形状轮廓。检测区12设置有扫描装置3，扫描装置3用于扫描机械手8的表面，并对机械手8的表面清洁度进行判断。清洁区13设置有清洁装置，清洁装置用于对机械手8的表面进行清洁，清洁装置包括矩阵分布的多个清洁头4，每个清洁头4可单独启闭。
36.在机械手8清洁过程中，机械手8首先从与采集区11对应的开口进入采集区11内，采集装置2对机械手8进行拍照，获取机械手8的形状轮廓。然后机械手8从与清洁区13对应的开口进入清洁区13，清洁装置对机械手8的表面进行清洁，清洁装置根据机械手8的轮廓开启与机械手8对应的清洁头4。最后机械手8从与检测对应的开口进入检测区12，检测区12对清洁后的机械手8进行表面清洁度判断。
37.由于清洁头4根据机械手8的形状进行定向清洗，避免多余流体喷出，污染机械手
8。同时对清洁后的机械手8进行表面清洁度判断并记录污染区，对于机械手8的污染区，可将机械手8重新放置到清洁区13，针对特定脏污，实现特定区域的重点清洗。
38.参见附图1所示，壳体1为矩形结构，包括四个侧板、顶板和底板，顶部共同设置在四个侧板上端，底板共同设置在四个侧板下端，侧板、顶板和底板限定形成腔体。开口设置在同一个侧板上，包括自上而下依次设置的开口一111、开口二121和开口三131。
39.壳体1的腔体内设置有与侧板固定连接的隔板6和支撑框架9，隔板6和支撑框架9上下间隔设置，隔板6和支撑框架9实现采集区11、检测区12和清洁区13的分隔。隔板6与顶板平行设置并位于开口一111和开口二121之间，隔板6与顶板之间的区域为采集区11。支撑框架9位于开口二121和开口三131之间，隔板6和支撑框架9之间的区域为检测区12，支撑框架9和底板之间的区域为清洁区13。
40.隔板6的设置同时能够便于采集装置2进行图像采集，由于机械手8进去采集区11时，位于隔板6上方，隔板6相当于为机械手8提供了背景，当采集装置2进行图像采集时，避免了多余的干扰，能快速提取机械手8的形状轮廓。
41.开口一111与采集区11连通且位于采集装置2的下方，保证从开口一111进入的机械手8始终位于采集装置2的下方，便于采集装置2采集机械手8轮廓。采集装置2可为工业摄像机，工业摄像机位于进入采集区11的机械手8的上方。工业摄像机的镜头朝下，对机械手8极进行拍照，以采集机械手8的形状轮廓。
42.在一个实施例中，工业摄像机设置有一个，能对机械手8的整体进行拍照。在另一个可能的实施例中，参见附图2所示，工业摄像机可以设置有多个，多个工业摄像机对机械手8同时进行拍照，提高机械手8轮廓提取的精准度。工业摄像机的数量不限，只要能通过拍摄的照片，定位机械手8的形状轮廓即可。
43.在一实施例中，采集装置2直接固定在顶板上。在另一些可能的实施例中，可在采集区11固定一个与顶板平行设置的固定板，采集装置2固定在固定板上。只要能保证采集装置2能对采集区11的机械手8进行拍照即可。
44.开口二121与检测区12连通且位于扫描装置3的下方，保证从开口二121进入的机械手8始终位于扫描装置3的下方，便于扫描装置3对机械手8表面进行扫描。扫描装置3设置在隔板6的下端面。
45.扫描装置3为激光扫描装置3，参见附图2所示，包括激光发射器31和散射光接收器32，激光发射器31用于向机械手8表面发射激光，散射光接收器32用于收集激光发射器31发射的激光在机械手8表面上散射后的光信号。激光斜射到机械手8表面后，机械手8表面的污染颗粒使得激光发生散射，散射光接收器32根据接收到的散射光可以计算出机械手8表面的污染物颗粒的多少，以对机械手8的表面清洁度进行判断，并记录机械手8污染较多的污染区。
46.在一个实施例中，扫描装置3还可以通过十字滑台与隔板6连接，十字滑台固定在隔板6下端面，并能驱动扫描装置3在水平面内沿十字移动。即十字滑台能驱动扫描装置3沿x轴和y轴两个垂直轴移动，其中y轴为机械手8进入和移出检测区12的方向。
47.十字滑台包括能沿在x轴移动的第一滑块，第一滑块在第一驱动组件驱动下沿x轴移动，第一滑块上设置有第二驱动组件，第二驱动组件与第一滑块同步移动，且第二驱动组件能驱动第二滑块沿y轴移动，扫描装置3固定在第二滑块上。
48.在一个实施例中第一驱动组件包括沿x轴设置的第一丝杆，第一丝杆在第一驱动件驱动下沿自身轴线转动，第一滑块与第一丝杆螺纹连接。第一丝杆转动时，让与其螺纹连接的第一滑块和第一滑块上的第一驱动组件沿x轴移动。第二驱动组件包括沿y轴设置在第一滑块上的第二丝杆，第二丝杆在第二驱动件驱动下沿自身轴线转动，第二滑块与第二丝杆螺纹连接。第二丝杆转动时，让与其螺纹连接的第二滑块沿y轴移动。第一驱动件和第二驱动件为电机，分被驱动第一丝杆和第二丝杆正反转，实现第二滑块(扫描装置3)在x轴和y轴上的来回移动。
49.在另一实施例中，第一驱动组件和第二驱动组件可为气缸，直接驱动第一滑块和第二滑块移动。
50.在一个实施例中，扫描装置3也可直接固定在隔板6上，只要保证扫描装置3能对位于检测区12的机械手8的表面进行扫描即可，若扫描装置3在不移动的情况下也能覆盖整个机械手8表面，则无需十字滑台，将扫描装置3设置为固定状态即可。
51.参见附图1进而2所示，多个清洁头4均设置在一个平板状安装板5上，平板状安装板5能在水平面内进行x轴和y轴的往复移动。平板状安装板5滑动设置在支撑框架9上，并能沿支撑框架9进行x轴向和y轴向的往复移动。支撑框架9为平板状安装板5提供支撑，并能对平板状安装板5的移动导向。
52.由于相邻的清洁头4之间存在间距，当对机械手8进行清洗时，会产生清洁盲区，因此，在x轴和y轴的上对平板状安装板5进行短距离的移动，可以覆盖清洁盲区，以提高机械手8的清洁度。平板状安装板5的移动距离无需较大，只要大于清洁头4之间的间距即可。
53.在一个实施例中，参见附图3所示，支撑框架9包括第一导向框91和第二导向框92，第一导向框91固定在侧板上，第二导向框92能沿第一导向框91在第一方向(x向)滑动，平板状安装板5能沿第二导向框92在第二方向滑动(y向)。
54.第一导向框91包括两条第一条形板，两个第一条形板相互平行并沿x轴延伸，两个第一条形板分别固定在两个相互平行的侧板上。第二导向框92滑动连接在两个第一条形板之间，第二导向框92包括两条相互平行的第二条形板和连接两者的连接板。第二条形板与第一条形板垂直设置，即第二条形板沿y轴延伸，第二导向框92沿第一条形板进行x轴滑动。第一条形板的相对面上开设有滑槽921，第二条形板的端部固定有能插入滑槽921滑动的滑块。平板状安装板5滑动连接在两个第二条形板之间，沿第二条形板进行y轴滑动。第二条形板的相对面上开设有滑槽921，平板状安装板5的侧壁固定有能插入滑槽921滑动的滑块。
55.参见附图3所示，滑槽921均为c型槽，c型槽在能对第一条形板和平板状安装板5导向的同时，能对第一条形板和平板状安装板5在竖直面内进行支撑。
56.一个第一条形板上固定有一个第三驱动件，第三驱动件的输出端和一个第二条形板固定，第三驱动件动作时，驱动第二条形板沿第一条形板滑动，此时能带动平板状安装板5同步沿第一条形板往复滑动。一个第二条形板上固定有第四驱动件，第四驱动件的输出端和平板状安装板5固定，第四驱动件动作时，驱动平板状安装板5沿第二条形板往复滑动。第三驱动件和第四驱动件可为气缸或电缸，能进行直线驱动即可。
57.清洁头4的喷射线与平面形成夹角，即清洁头4倾斜喷射到机械手8上，实现斜向喷射流体，增加喷射力度，实现更有效的清洗。喷射线与平面形成夹角为5-10度，此时清洁效果较好。
58.在一个实施例中，清洁头4固定在平板状安装板5，为了实现清洁头4的倾斜喷射，可以将清洁头4倾斜固定在平板状安装板5上。也可在平板状安装板5下端设置一个倾斜面，让清洁头4固定在倾斜面上，清洁头4的喷射线与倾斜面垂直，通过倾斜面实现清洁头4的倾斜喷射。
59.在另一实施例中，清洁头4转动设置在平板状安装板5上，即清洁头4可相对安装板转动，以调节清洁头4的喷射线相对平面形成的夹角。
60.清洁头4能在对机械手8表面进行流体喷射的同时，可以完全抽吸流体。参见附图5所示，清洁头4包括抽吸管41，抽吸管41内固定有与其同轴设置的喷液管42。喷液管42内设置有上下导通的第一通道421，喷液管42的外壁和抽吸管41的内壁之间限定形成第二通道411。第一通道421与外部供液装置或供气装置连通，第二通道411与外部抽气装置连通。第一通道421实现流体的向下喷射，第二通道411实现流体的向上回收。
61.参见附图5所示，喷液管42的上端为圆柱结构，下端为收口结构，即保证第一通道421的截面由上至下呈逐渐收拢的结构。第一通道421的下端开口直径小于上端圆柱结构的直径，使得喷射出的流体的静压先变小，再变大，流体在机械手8表面实现爆破式清洗。同时第一通道421周侧的第二通道411瞬间将第一通道421喷洒出的液体回收，不留污渍。
62.参见附图4和5所示，抽吸管41的上端为圆柱结构，下端处呈上细下粗的喇叭结构。即保证第二通道411的截面由下至上呈逐渐扩展的结构，提高液体的回收率。喇叭结构扩大了回收面积，可保证第一通道421喷洒的液体全部回收。
63.抽吸管41的下端端部延伸出喷液管42的下端端部，即喷液管42的下端与抽吸管41的下端之间距离为10-200微米。当需要对机械手8进行清洗时，机械手8的上端面与抽吸管41之间保持10-300微米距离。机械手到抽吸管41的距离、喷液管42下端到抽吸管41下端的距离均不能过大，保证流体从第一通道421喷射出后，能对机械手8表面进行清洁，同时使用后的流体能快速被第二通道411抽离清洁腔。
64.第一通道421内的流体可以是液体，也可以是气体。可以先采用液体清洗，再采用气体进行二次喷淋清洗，以提高清洗效果。
65.清洁头4中的喷液管42采取下端收口的结构，可实现流体速度的增加，采用爆破式清洗的方式，瞬间将粘附于机械手的污染物冲洗掉。同时利用伯努利原理，喷液管42对应于机械手8正下方周围区域的污染物，被伯努利负压随着第二通道411的抽吸作用而被吸走。因此，清洁头4的内喷环抽式结构，大大提高了单个清洁头4的清洁面积及清洁效果，同时降低了功耗，节约了能源。清洁头4实现流体微爆破式清洗，提高清洗效果，同时回收清洗液体，不留污渍。
66.清洁区13的底部还设置有固定在腔体内的抽风板7，抽风板7位于开口三131下方，即始终位于清洁区13内的机械手8下方。抽风板7内形成抽风腔，抽风板7的顶端阵列分布有若干与抽风腔导通的抽风口71。抽风腔连通有位于壳体1外部的抽风机。当机械手8清洁完成后，启动抽风机，腔体内的空气自上而下从抽风口71进入抽风腔内，再排出壳体1，完成对壳体1的清洁。避免机械手8在清洗过程中，留下污染物，对腔体，尤其清洁腔内造成污染，影响后续机械手8的清洗。
67.实施例2
68.基于同一发明构思，本发明实施例2还提供机械手8清洗方法，参见附图6所示，包
括如下步骤，
69.步骤一、图形轮廓采集，通过采集装置2采集机械手8的形状轮廓，并记录形状轮廓。
70.步骤二、初步清洗，通过清洁装置对机械手8的表面进行清洁，其中清洁装置根据形状轮廓开启对应的清洁头4。
71.步骤三、清洗检测，通过扫描装置3对清洗后的机械手8进行扫描，判断机械手8的表面是否存在污染区并对污染区进行记录。
72.步骤四、深度清洗，当步骤三中存在污染区时，清洁装置再根据污染区开启对应的清洁头4进行污染区清洁。
73.步骤五、重复步骤三-步骤四直至扫描装置3判断没有污染区存在。
74.在步骤二和步骤四中，清洁头4可以同时在水平面内同步进行x轴向和y轴向两个垂直方向的往复移动。由于相邻的清洁头4之间存在间距，当对机械手8进行清洗时，会产生清洁盲区，因此，清洁头4在x轴和y轴的上对平板状安装板5进行短距离的移动，可以覆盖清洁盲区，以提高机械手8的清洁度。
75.在步骤二和步骤四中，清洁头4能在对机械手8表面进行流体喷射的同时，可以完全抽吸流体，即可以抽吸喷射到机械手8表面后的流体。参见附图5所示，清洁头4包括第二通道411和贯穿第二通道411的第一通道421，第一通道421用于喷射流体，第二通道411用于将第一通道421喷洒出的液体回收，不留污渍。
76.初步清洗和深度清洗时，清洁装置根据机械手8的轮廓和污染区开启对应的清洁头4，节约能源。同时清洗检测和深度清洗步骤，定位清洗，提高机械手8的清洁度。
77.在步骤一前还包括初步检测，即对机械手8进行颗粒度检测，并根据颗粒度检测结果，判断是否进行机械手8的清洗，当颗粒度检测合格时，无需进行机械手8清洗。当颗粒度清洗不合格时，再进行机械手8清洗。
78.实施例3
79.基于同一发明构思，本发明实施例3还提供半导体设备，包括上述机械手8清洁装置，机械手8清洁装置设置在晶圆传输装置的侧面。可于机械手8工作的间隙，执行机械手8的清洗。
80.可设定每次在机械手8搬运固定数量的晶圆之后，进行机械手8的清洗。
81.也可在机械手8工作的间隙，通过扫描装置3执行机械手8的颗粒度检测，并根据颗粒度检测结果，判断是否进行机械手8的清洗。
82.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。