一种非接触式机械手吸附力的调节系统及方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种非接触式机械手吸附力的调节系统及方法。


背景技术：

2.在半导体的生产中，因半导体产品繁多，工艺制程复杂，不同厂家晶圆的厚度和规格有很大的不同，再加上有些晶圆非常轻薄，这就要求末端执行器与晶圆的接触面积尽可能小，以避免缺陷和曝光等问题。
3.在机械手末端执行器应用过程中，机械手末端执行器与晶圆之间的吸附力非常重要，吸附力不够，在传输过程中，晶圆位置会产生偏移，导致传输失败，而吸附力过大，可能会使晶圆产生变形或损坏，影响生产质量和效率，特别对于轻薄晶圆，接触式吸附方式很难高质量完成传送。
4.在机械手末端执行器上搬运晶圆的方法通常有两种，一种是利用摩擦力接触式吸附方式，另一种是利用真空负压吸附方式，两者均为接触式搬运方法，接触式搬运方法存在吸附力无法精确控制会对晶圆产生损坏的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种非接触式机械手吸附力的调节系统，用以解决现有技术存在吸附力无法精确控制会对晶圆产生损坏的问题。
6.本发明提供一种非接触式机械手吸附力的调节系统，包括：
7.末端执行器，所述末端执行器的第一端形成有进气口，所述机械手的中部形成有气流引导槽，所述气流引导槽的底部形成有凸台，所述凸台的外周面间隔设置有多个气流喷嘴，所述末端执行器的内部形成有连通所述进气口和所述气流喷嘴的流道；
8.在位传感器，设置于所述末端执行器，所述在位传感器用于检测晶圆是否在所述末端执行器的预设区域内；
9.距离传感器，设置于所述末端执行器，所述距离传感器用于检测晶圆与所述末端执行器之间的实时距离；
10.压力传感器，设置于所述进气口，所述压力传感器用于检测所述进气口的实时压力值；
11.气体流量控制阀，设置于所述进气口；
12.流量控制器，与所述气体流量控制阀电连接；
13.控制器，分别与所述在位传感器、所述距离传感器、所述压力传感器、所述流量控制器电连接。
14.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节系统，所述凸台呈圆柱体，多个所述气流喷嘴等距间隔布置于所述凸台的外周面。
15.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节系统，所述气流引导
槽在所述末端执行器的上表面形成圆形的出气口，所述出气口的边缘形成向上凸起的气流引导部。
16.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节系统，所述气流引导部的横截面呈半圆形。
17.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节系统，所述在位传感器和所述距离传感器分别设置于所述末端执行器的第二端。
18.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节系统，所述气流喷嘴的进气端口的宽度大于所述气流喷嘴的出气端口的宽度。
19.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节系统，所述气流引导槽的底面为向下凹陷的曲面。
20.本发明还提供一种非接触式机械手吸附力的调节方法，包括以下步骤：
21.步骤s100，采集在位信号、多个实时距离和多个实时压力值；
22.步骤s200，计算多个实时距离的距离平均值dav和多个实时压力值的压力平均值pav；
23.步骤s300，确定所述压力平均值pav在预设范围内，判断晶圆是否在末端执行器的预设区域内；
24.步骤s400，确定晶圆在所述预设区域内，计算所述距离平均值dav与所述预设距离dr之差的绝对值，得到距离偏差值dd；
25.步骤s500，若所述距离偏差值dd大于或等于预设偏差值dra，则执行快速压力调节；否则执行慢速压力调节。
26.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节方法，在执行所述步骤s200之后还执行以下步骤：
27.确定所述压力平均值pav不在所述预设范围内，则输出报警信号。
28.根据本发明实施例提供的一种非接触式机械手吸附力的调节方法，在执行所述步骤s300之后还执行以下步骤：
29.确定晶圆不在所述预设区域内，则返回执行所述步骤s100。
30.本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节系统，通过气流喷嘴向不同方向喷出压缩空气，喷出的高速压缩空气，在末端执行器的表面形成负压区域，使得晶圆无接触吸附在末端执行器的表面，气流引导槽可使得气流均匀分布，使得晶圆受到的吸附力更均衡，提高了晶圆运输过程中的稳定性。通过在位传感器和距离传感器反馈的信号，再结合压力传感器检测的实时压力值，经过控制器进行pid运算，并将运算输出值发送给流量控制器，流量控制器根据运算输出值对气体流量控制阀进行控制，实现了压力的自动调节，从而达到精确控制吸附力大小的目的，确保产生的吸附力大小均衡。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节系统的俯视结构示意图；
33.图2是本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节系统的局部剖面结构示意图；
34.图3是本发明实施例提供的控制器与其余模块的连接关系示意图；
35.图4是本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节方法的流程图。
36.附图标记：
37.110、末端执行器；111、进气口；112、气流引导槽；113、气流喷嘴；114、流道；115、凸台；116、气流引导部；120、在位传感器；130、距离传感器；140、压力传感器；150、气体流量控制阀；160、流量控制器；170、控制器。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
39.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
41.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.下面结合图1-图4描述本发明实施例的非接触式机械手吸附力的调节系统及方法。
44.图1示例了本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节系统的俯视结构示意图，图2示例了本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节系统的局部剖面结构示意图，图3示例了本发明实施例提供的控制器与其余模块的连接关系示意图；如图1、图2和图3所示，非接触式机械手吸附力的调节系统包括末端执行器110、在位传感器120、距离传感器130、压力传感器140、气体流量控制阀150、流量控制器160和控制器170，末端执行器110的第一端形成有进气口111，进气口111与供气设备通过管路连通。非接触式机械手工作过程中，供气设备输出的压缩气体先通过进气口111进入流道114内，再通过每个气流喷嘴113喷向不同的方向。机械手的中部形成有气流引导槽112，气流引导槽112的底部形成有凸台115，凸台115的外周面间隔设置有多个气流喷嘴113，末端执行器110的内部形成有连通进气口111和气流喷嘴113的流道114。
45.在位传感器120设置于末端执行器110，在位传感器120用于检测晶圆是否在末端执行器110的预设区域内。距离传感器130设置于末端执行器110，距离传感器130用于检测晶圆与末端执行器110之间的实时距离。压力传感器140设置于进气口111，压力传感器140用于检测进气口111的实时压力值。气体流量控制阀150设置于进气口111，流量控制器160与气体流量控制阀150电连接。控制器170分别与在位传感器120、距离传感器130、压力传感器140、流量控制器160电连接。
46.本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节系统，通过气流喷嘴113向不同方向喷出压缩空气，喷出的高速压缩空气，在末端执行器110的表面形成负压区域，使得晶圆无接触吸附在末端执行器110的表面，气流引导槽112可使得气流均匀分布，使得晶圆受到的吸附力更均衡，提高了晶圆运输过程中的稳定性。通过在位传感器120和距离传感器130反馈的信号，再结合压力传感器140检测的实时压力值，经过控制器170进行pid运算，并将运算输出值发送给流量控制器160，流量控制器160根据运算输出值对气体流量控制阀150进行控制，实现了压力的自动调节，从而达到精确控制吸附力大小的目的，确保产生的吸附力大小均衡。
47.在本发明的实施例中，凸台115呈圆柱体，凸台115的内部形成空腔，空腔分别与流道114以及气流喷嘴113连通，多个气流喷嘴113等距间隔布置于凸台115的外周面。通过设置空腔，可使得每个气流喷嘴113喷出压缩空气的气压相同，使得气流均匀分布，确保产生的吸附力大小均衡。
48.这里需要说明的是，气流喷嘴113的结构形式可以有很多种，可以是圆形通孔，也可以是条形通孔，还可以是缝隙。
49.在本发明的实施例中，气流引导槽112在末端执行器110的上表面形成圆形的出气口，出气口的边缘形成向上凸起的气流引导部116，气流引导部116呈环形。气流引导部116用于对气流起到引导作用，使得气流分布更均匀，确保产生的吸附力大小均衡。
50.在本发明的实施例中，气流引导部116的横截面呈半圆形，横截面为半圆形的气流引导部116由于呈流线型，气流通过气流引导部116时，风阻非常小，因此不会产生扰流。
51.在本发明的实施例中，在位传感器120设置于末端执行器110第二端的一侧，距离传感器130分别设置于末端执行器110第二端的另一侧，在位传感器120与距离传感器130之间的距离小于晶圆的外径。在位传感器120与距离传感器130之间的距离具体根据晶圆的尺寸进行确定，在此不做具体限定。
52.在本发明的实施例中，气流喷嘴113的进气端口的宽度大于气流喷嘴113的出气端口的宽度。当气流从气流喷嘴113的进气端口向出气端口流动的过程中，由于气流喷嘴113的宽度变窄，气流被进一步压缩，气流的流速进一步提高，从而确保气流均匀分布，使得吸附力更均衡，防止晶圆在运输过程中发生偏置。
53.在本发明的实施例中，如图2所示，气流引导槽112的底面为向下凹陷的曲面。根据伯努利真空吸附原理可知，气流通过气流喷嘴113喷出后，在气流引导槽112底面的引导下，流向出气口，从出气口出来之后贴合末端执行器110的表面向四周流动，从而在正对气流引导槽112的附近区域产生负压区域，晶圆放入负压区域后，晶圆会被吸附力吸附并与末端执行器110保持一定的距离。由于气流引导槽112的底面为曲面，不会对气流产生较大风阻，也不会产生扰流，提高了末端执行器110的吸附力和稳定性。
54.图4示例了本发明实施例提供的非接触式机械手吸附力的调节方法的流程图，如图4所示，本发明还提供一种非接触式机械手吸附力的调节方法，非接触式机械手吸附力的调节方法包括以下步骤：
55.这里需要说明的是，开始工作时，需要对参数进行初始化，以匹配不同尺寸的晶圆。
56.步骤s100，采集在位信号、多个实时距离和多个实时压力值；
57.在位传感器120将检测的在位信号发送至控制器170，控制器170通过采集到的在位信号判断晶圆是否在末端执行器110的预设区域内。距离传感器130将检测到的信号发送至控制器170，控制器170通过对距离传感器130检测到的信号进行采集，得到实时距离，为了提高计算的准确性，需要进行多次采集，得到多个实时距离。压力传感器140将检测到的信号发送至控制器170，控制器170通过对压力传感器140检测到的信号进行采集，得到实时压力值，为了提高计算的准确性，需要进行多次采集，得到多个实时压力值。
58.步骤s200，计算多个实时距离的距离平均值dav和多个实时压力值的压力平均值pav；
59.通过计算距离平均值dav可以更准确反映晶圆与末端执行器之间的距离。通过计算压力平均值pav可以更真实地反映出气口的压力值，进而对气流进行精确控制，使得吸附力更均衡，防止晶圆在运输过程中发生偏置。
60.步骤s300，确定压力平均值pav在预设范围内，判断晶圆是否在末端执行器的预设区域内；
61.步骤s400，确定晶圆在预设区域内，计算距离平均值dav与预设距离dr之差的绝对值，得到距离偏差值dd；
62.当运输的晶圆的尺寸不同时，预设距离dr也是不同的。预设距离dr的取值可以根据晶圆的尺寸进行调整。
63.步骤s500，若距离偏差值dd大于或等于预设偏差值dra，则执行快速压力调节；否则执行慢速压力调节。
64.将距离偏差值dd与预设偏差值dra进行比较，目的在于确定使用哪种方式方式进行流量调节。若距离偏差值dd大于或等于预设偏差值dra，说明晶圆与末端执行器之间的距离与预设距离dr的偏差较大，此时，需要执行快速压力调节。若距离偏差值dd小于预设偏差值dra，说明晶圆与末端执行器之间的距离与预设距离dr的偏差较小，此时，需要执行慢速
压力调节。
65.这里需要说明的是，慢速调节与快速调节的方式都是控制器根据距离偏差值dd向流量控制器发送输出值pout百分比，流量控制器根据输出值pout百分比对气体流量控制阀的开度进行控制，进而实现压力控制。两者的区别在于快速调节方式中控制器输出的控制参数p大于慢速调节方式中控制器输出的控制参数p。
66.在本发明的实施例中，在执行步骤s200之后还执行以下步骤：
67.确定压力平均值pav不在预设范围内，则输出报警信号。
68.当检测到压力平均值pav不在预设范围内，说明实时压力偏差较大，通过输出报警信号提示操作人员及时进行调整，以防止晶圆受到损坏。当然，也可直接控制设备停止运行。
69.在本发明的实施例中，在执行步骤s300之后还执行以下步骤：
70.确定晶圆不在预设区域内，则返回执行步骤s100。
71.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。