伯努利机械手在真空卡盘上放取晶圆的系统
技术领域
本实用新型涉及半导体晶圆加工领域，特别是指一种伯努利机械手在真空卡盘上放取晶圆的系统。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，是制造半导体芯片的基本材料，由于其形状为圆形，故称为晶圆。
伯努利原理可以形象的表述为：在水流或气流里，如果速度小，压强就大，如果速度大，压强就小。伯努利机械手(吸盘)就是利用了伯努利原理的机械手，机械手的喷气口中喷出的气体(例如氮气等惰性气体)遇到圆盘的表面(例如上表面，当然也可以是下表面，以上表面为例陈述仅仅是示例性的)后，气体自圆盘上表面迅速扩散，使得圆盘上表面的气流速度大于下表面的气流速度，根据伯努利原理可知，此时圆盘下表面的气压大于圆盘上表面的气压，因而使圆盘被吸附在伯努利机械手上。
在晶圆加工过程中，伯努利机械手通过伯努利原理吸附晶圆，把晶圆放在具有真空吸附功能的真空卡盘上后，机械手放开晶圆。同时真空卡盘通过多孔真空吸附把晶圆吸附到真空卡盘上。工艺结束后真空卡盘停止真空吸附，伯努利机械手吸附晶圆，把晶圆从真空卡盘上取下，并带出工艺腔室。
伯努利机械手主要用于吸附薄片小于200um厚度的晶圆，晶圆薄片脆且易碎、翘度大。在伯努利机械手将晶圆放到真空卡盘上时，如果是伯努利机械手先将晶圆放到真空卡盘上，然后真空卡盘再开启真空吸附，那么晶圆容易出现滑片现象，放置的位置出现偏差，影响整张晶圆的工艺效果的均匀性。如果是真空卡盘先开启真空吸附，伯努利机械手再将晶圆放到真空卡盘上，容易导致晶圆的翘度增加，同时易导致晶圆破碎。
在伯努利机械手将晶圆从真空卡盘上取下时，虽然真空卡盘已经停止真空吸附，但是晶圆和真空卡盘之间还存在表面张力，导致晶圆通过表面张力还被吸附在真空卡盘上。伯努利机械手去吸附晶圆时，一种情况是伯努利机械手的吸附力小于表面张力，导致伯努利机械手吸取晶圆失败。第二种情况是是伯努利机械手的吸附力稍大于表面张力，伯努利机械手能把晶圆取走，但是晶圆的翘度会增加，影响晶圆本身的性能，这种情况还容易发生的是伯努利机械手虽然把晶圆从卡盘上取走，但是由于表面张力的作用，晶圆在伯努利机械手上的位置发生偏移，导致伯努利机械手报警，降低了伯努利机械手取片的成功率。第三种情况是伯努利机械手的吸附力远大于表面张力，这样在吸取晶圆的过程中晶圆的碎片率会明显增加。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种伯努利机械手在真空卡盘上放取晶圆的系统，本实用新型放取晶圆位置准确，减小了晶圆的翘度，降低了晶圆的碎片率。
本实用新型提供技术方案如下：
一种伯努利机械手在真空卡盘上放取晶圆的系统，包括伯努利机械手、真空卡盘和气路，所述气路包括第一管路和第二管路，其中：
所述第一管路的一端与真空连接，另一端与真空卡盘连接，所述第一管路上设置有第一气动阀；
所述第二管路的一端与氮气连接，另一端与真空卡盘连接，所述第二管路上设置有第二气动阀；
所述第一管路上设置有第一旁支管路，所述第一旁支管路的一端与大气连接，另一端连接在第一气动阀和真空卡盘之间的第一管路上，所述第一旁支管路上设置有第三气动阀。
进一步的，所述第一管路上设置有第二旁支管路，所述第二旁支管路的一端与大气连接，另一端连接在第一气动阀和真空卡盘之间的第一管路上，所述第二旁支管路上设置有压差计。
进一步的，所述第二管路上设置有气体流量计。
进一步的，所述第一气动阀和第二气动阀为常闭阀，所述第三气动阀为常开阀。
进一步的，所述第一气动阀连接有控制第一气动阀开闭的第一干燥气体管路，所述第二气动阀连接有控制第二气动阀开闭的第二干燥气体管路，所述第三气动阀连接有控制第三气动阀开闭的第三干燥气体管路。
进一步的，所述伯努利机械手包括片叉和机械手本体，所述片叉上开有多个氮气出口，所述片叉与机械手本体之间通过翻转机构连接。
进一步的，所述真空卡盘为多孔真空吸附卡盘。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型通过伯努利机械手将晶圆放到真空卡盘上时，晶圆放置的位置不会出现偏差，整张晶圆的工艺效果的均匀性好，同时减小了晶圆的翘度，晶圆不易破碎。通过伯努利机械手将晶圆从真空卡盘上取下时，伯努利机械手不会吸取晶圆失败，减少了晶圆的翘度，晶圆在伯努利机械手上的位置不发生偏移；降低了晶圆的碎片率。
附图说明
图1为气路的示意图；
图2为伯努利机械手的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型实施例提供一种伯努利机械手在真空卡盘上放取晶圆的系统，其包括伯努利机械手、真空卡盘和气路。如图1所示，气路包括第一管路1和第二管路2，其中：
第一管路1的一端与真空连接，另一端与真空卡盘3连接，第一管路上1设置有第一气动阀4。
本实用新型所述的第一管路与真空连接，是指第一管路与能够提供真空的各种装置或系统连接，本实用新型不限制提供真空的装置或系统的结构形式。
第一管路与真空卡盘连接，是指与真空卡盘的内部连接，真空卡盘上设置有与真空卡盘内部连通的多孔等结构。第一气动阀打开时，真空通过第一管路作用在真空卡盘内部，使得真空卡盘内部的压力小于外部的压力，通过多孔等结构产生一个向真空卡盘内部的吸力(本实用新型中也称之为真空力)，将晶圆吸附在真空卡盘上。
第二管路2的一端与氮气连接，另一端与真空卡盘3连接，第二管路上2设置有第二气动阀5。
第二管路与氮气连接，是指第二管路与能够提供氮气的各种装置或系统连接，本实用新型不限制提供氮气的装置或系统的结构形式，第二管路与真空卡盘连接，是指与真空卡盘的内部连接。
第一管路1上设置有第一旁支管路6，第一旁支管路6的一端与大气连接，另一端连接在第一气动阀4和真空卡盘3之间的第一管路1上，第一旁支管路6上设置有第三气动阀7。
第一旁支管路与大气连接，是指第一旁支管路与真空卡盘所处的环境的大气连接。第三气动阀打开时，真空卡盘内部与环境的大气连通，消除因真空导致的真空卡盘内外的压力差。在本实用新型的一个实施例中，真空卡盘在工艺腔室内，第一旁支管路与工艺腔室内的大气连接。
本实用新型中，伯努利机械手将晶圆放到真空卡盘上的过程称为“放片过程”，伯努利机械手将晶圆从真空卡盘上取下的过程称为“取片过程”。
放片过程之前包括：
1、伯努利机械手将晶圆从晶圆存放盒等储存装置中或者上一个工序中吸附取出，并使得晶圆吸附在伯努利机械手下方。在放片过程之前，第一气动阀、第二气动阀和第三气动阀处于关闭状态。
放片过程包括：
2、吸附有晶圆的伯努利机械手达到真空卡盘的上方。
本步骤中，伯努利机械手达到真空卡盘的上方是指到达真空卡盘上方放置晶圆的位置，也就是放片位置，如果真空卡盘在工艺腔室内，机械手进入工艺腔室到达放片位置。
3、关闭伯努利机械手，放开晶圆，同时打开第一气动阀，真空通过第一管路作用在真空卡盘上，将晶圆吸附在真空卡盘上。
本步骤中，关闭伯努利机械手是指关闭伯努利机械手上的氮气阀，使得伯努利机械手的氮气出口不再喷出氮气，此时也就形成不了伯努利效应，所以晶圆就从机械手上脱落下来。
为使得关闭伯努利机械手上氮气阀时同时开启第一气动阀，在机械手的氮气阀和第一气动阀做了一个闭环控制。机械手的氮气阀一关闭，第一气动阀就自动开启，在晶圆从机械手脱落的过程中，第一气动阀已经自动打开。
现有技术中，如果是伯努利机械手先将晶圆放到真空卡盘上，然后真空卡盘再开启真空吸附，那么晶圆容易出现滑片现象，放置的位置出现偏差，影响整张晶圆的工艺效果的均匀性。如果是真空卡盘先开启真空吸附，伯努利机械手再将晶圆放到真空卡盘上，容易导致晶圆的翘度增加，同时易导致晶圆破碎。
本实用新型在伯努利机械手放开晶圆的同时，立即打开真空卡盘的真空吸附，晶圆在脱离机械手后立刻迅速被真空卡盘吸附，既防止了晶圆容易出现的滑片现象，又解决了容易导致晶圆翘度增加的问题。晶圆放置的位置不会出现偏差，整张晶圆的工艺效果的均匀性好，同时减小了晶圆的翘度，晶圆不易破碎。
4、晶圆在真空卡盘上进行工艺处理，工艺处理后需要将晶圆从真空卡盘上取下，工艺处理后第一气动阀处于打开状态，第二气动阀和第三气动阀处于关闭状态。
取片过程包括：
5、伯努利机械手达到真空卡盘的上方，准备取下晶圆。
6、关闭第一气动阀，真空不再作用在真空卡盘上，真空卡盘停止真空吸附，不再对晶圆施加真空吸附力，但是晶圆和真空卡盘之间还存在表面张力，导致晶圆通过表面张力还被吸附在真空卡盘上，此时，如果直接使用伯努利机械手吸取晶圆，就会发生背景技术中存在的问题。
7、打开第三气动阀，将真空卡盘内部与大气连通，使真空卡盘内部的压力与大气压力相同，除去因真空导致的真空卡盘内外的压力差。在本实用新型的一个实施例中，真空卡盘在工艺腔室内，真空卡盘内部与工艺腔室内的大气连接。
8、打开第二气动阀，向第二管路中通入预设流量的氮气，氮气经过第二管路进入真空卡盘，氮气向上顶一下晶圆，去除晶圆与真空卡盘之间的表面张力。
9、打开伯努利机械手的氮气阀，将晶圆吸附在伯努利机械手上。
上述的各种打开和关闭的操作，优选通过控制器进行。
现有技术中，伯努利机械手从真空卡盘上吸取下晶圆时，由于晶圆和真空卡盘之间存在的表面张力，导致容易出现伯努利机械手吸取晶圆失败；虽然吸取晶圆成功，但是晶圆的翘度会增；晶圆在伯努利机械手上的位置发生偏移；晶圆的碎片率会明显增加等问题。
本实用新型将真空卡盘内部与大气连通，除去因真空导致的真空卡盘内外的压力差，然后向真空卡盘内通入适量氮气，向上顶一下晶圆，去除晶圆与真空卡盘之间的表面张力，再通过伯努利机械手吸取晶圆，解决了因晶圆和真空卡盘之间存在的表面张力导致的一系列问题。
综上所述，本实用新型通过伯努利机械手将晶圆放到真空卡盘上时，晶圆放置的位置不会出现偏差，整张晶圆的工艺效果的均匀性好，同时减小了晶圆的翘度，晶圆不易破碎。通过伯努利机械手将晶圆从真空卡盘上取下时，伯努利机械手不会吸取晶圆失败，减少了晶圆的翘度，晶圆在伯努利机械手上的位置不发生偏移；降低了晶圆的碎片率。
本实用新型还在第一管路1上设置第二旁支管路8，第二旁支管路8的一端与大气连接，另一端连接在第一气动阀4和真空卡盘3之间的第一管路4上，第二旁支管路8上设置有压差计9。基于第二旁支管路，本实用新型打开第三气动阀后，待压差计的读数接近0，真空卡盘内部与环境的压力相同时，再打开第二气动阀。
本实用新型在第二管路2上设置有气体流量计10，顶晶圆的氮气的流量通过气体流量计来控制。
作为本实用新型的一种改进，第一气动阀4和第二气动阀5为常闭阀，第三气动阀7为常开阀。第三气动阀选择常开阀的目的是如果机台出现问题一旦断电或断气，此阀自动打开，保证真空卡盘的压力和环境大气压力相同，不会造成工作人员的伤害。
本实用新型的第一气动阀4连接有控制第一气动阀4开闭的第一干燥气体管路(CDA-1)11，第二气动阀5连接有控制第二气动阀5开闭的第二干燥气体管路(CDA-2)12，第三气动阀7连接有控制第三气动阀7开闭的第三干燥气体管路(CDA-3)13。
示例性的，第一气动阀为常闭阀，第一干燥气体管路(CDA-1)中的干燥气体(CDA)是控制第一气动阀的控制气体，CDA-1中通入CDA，第一气动阀打开，关闭CDA-1的CDA，第一气动阀关闭。常闭的第二气动阀的控制过程与第一气动阀类似。第三气动阀为常开阀，第三干燥气体管路(CDA-3)中的干燥气体(CDA)是控制第三气动阀的控制气体，CDA-3中通入CDA，第三气动阀关闭，关闭CDA-3的CDA，第三气动阀打开。
本实用新型的伯努利机械手可以是多种结构形式，示例性的，如图2所示，伯努利机械手包括片叉14和机械手本体15，片叉14上开有多个氮气出口16，片叉14与机械手本体15之间通过翻转机构17连接。氮气出口优选为四个，通过四个氮气出口喷出的氮气形成伯努利效应吸附晶圆。
在晶圆存放盒中晶圆通常背面中凸起的厚边缘环与存放盒中的支撑结构进行接触，以背面朝下的方式进行放置，这样做是为了避免因薄区接触所引起的晶圆破碎情况发生。而在工艺站点中通常对该晶圆背面进行加工，需要以背面朝上的方式进行放置。因此，在整个晶圆传输过程中，需要对晶圆进行180°的翻转操作。
本实用新型将伯努利机械手的片叉和机械手本体之间通过翻转机构连接，能够使得片叉翻转180°，进而带动其上吸附的晶圆翻转，满足了整个晶圆加工工艺的要求。
基于此种伯努利机械手，在伯努利机械手将晶圆放到真空卡盘上之前，将晶圆从存放盒中取出时，伯努利机械手的片叉从晶圆底面吸附住晶圆；然后伯努利机械手的翻转机构转动，将晶圆翻转到片叉下方。
本实用新型的真空卡盘优选为多孔真空吸附卡盘。
本实用新型实施例具有以下优点：1、防止放片过程中造成的滑片，2、防止放片过程中晶圆出现翘曲，3、防止取片过程中晶圆的翘曲，4、降低机械手取片失败的几率，5、降低晶圆碎片的几率，6、机台断电或断气保证真空卡盘的压力和大气压相同，避免人员的伤害。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
