專利名稱：用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器的制作方法
技術領域：
背景技術：
通常，集成電路指的是一種包含于單塊芯片上的電路，其包含有有源的和無源的電路元件。集成電路通過在基片上利用各種材料以預定的圖案擴散和淀積連續(xù)的層而形成。所述材料可以包括諸如硅這樣的半導電性材料、諸如金屬這樣的導電性材料以及諸如氧化硅這樣的低介電性材料。包含在集成電路芯片中的半導電性材料被用來形成差不多所有的普通電路元件，比如電阻器、電容器、二極管以及晶體管。
一般來說，用于成形集成電路芯片的基片由薄的硅切片或者硅晶片制成。在集成電路芯片的制造過程中，半導體晶片一般被保持在被稱作“匣(cassette)”的載體中。在所述匣中晶片以堆疊方式相互間隔開。這些晶片利用晶片裝卸設備，通常也被稱作末端執(zhí)行器，單個地送入匣中和從匣中取出。末端執(zhí)行器可以被固連在一個機械手上，由所述機械手在一個、兩個或者三個方向上移動該末端執(zhí)行器。
末端執(zhí)行器被設計成在一對相鄰晶片之間進入所述匣中，并且拾取出一個晶片，例如用于送入一個處理腔內。在該處理腔中，半導體晶片經受多種工藝中的一種。例如，在該處理腔中，可以進行化學氣相淀積工藝、蝕刻工藝、退火工藝和/或外延生長工藝。
在晶片的運輸過程中，必須非常小心以確保晶片不會遭受損壞或者污染。由此，在本行業(yè)已經進行了許多努力，以便設計出能夠以一種非常精確的方式小心運輸晶片的末端執(zhí)行器和機械手。盡管在晶片裝卸領域已經進行了多種改進，但是，仍舊需要進一步改進。例如，許多晶片裝卸工具相對龐大并且笨重，以便適應許多目前固連在該工具上的器械，來更為精確地運輸晶片。但是，末端執(zhí)行器的尺寸限制了該末端執(zhí)行器在運輸和加速時的速度。還有，相對龐大的末端執(zhí)行器要求處理腔包含相對較大的開口，以便接收該末端執(zhí)行器和承載于其上的晶片。
鑒于前述內容，當前需要對末端執(zhí)行器和機械手的設計進行進一步改進。還有，需要一種相對細長的產品設計，不僅能夠確保精確的晶片控制，而且可以集成一個晶片探測系統(tǒng)和一個晶片推動機構，其中所述晶片推動機構可以被用來在運輸過程中抓持住晶片。還需要一種相對細長的末端執(zhí)行器設計，可以在裝卸冷晶片時和裝卸熱晶片時使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明認識到了現(xiàn)有末端執(zhí)行器設計上的各種缺陷和不足。因此，總體上來說，本發(fā)明涉及多種具有許多此前無法獲得的明顯優(yōu)點和益處的末端執(zhí)行器。
例如，在一個實施例中，本發(fā)明涉及一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器。這種末端執(zhí)行器包括一個具有近端和遠端的基座構件。例如，在一個實施例中，所述基座構件可以包括一個以分叉方式與第二尖叉(tine)間隔開的第一尖叉。第一和第二尖叉可以終止于所述基座構件的遠端。在所述基座構件上可以設置多個支撐構件，用于接觸和支撐一個置于該末端執(zhí)行器上的晶片。依據(jù)特定用途，所述支撐構件可以呈多種形式和形狀。在一個實施例中，所述支撐構件可以僅被構造成在晶片的邊緣處與該晶片發(fā)生接觸。在這里，“晶片的邊緣”指的是位于晶片頂表面與底表面之間的晶片邊界區(qū)域。例如，在過去，許多末端執(zhí)行器沿著晶片的周邊支撐起該晶片，所述周邊是該晶片底表面的一部分。
按照本發(fā)明的一個實施例，所述末端執(zhí)行器具有一種相對細長的輪廓。例如，所述末端執(zhí)行器可以具有小于12毫米的最大輪廓高度，比如小于10毫米。
在一個實施例中，所述末端執(zhí)行器還可以包括一個推動裝置，用于在所述基座構件上定位晶片。該推動裝置可以包括一個可回縮活塞，該可回縮活塞被構造成與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸。所述活塞可以在一個伸展位置與一個回縮位置之間移動。
可以將一個偏壓構件設置成與所述活塞工作性關聯(lián)。該偏壓構件，例如可以是一根彈簧，可以朝向其回縮位置偏壓所述活塞。
為了使得所述活塞伸展以便與晶片發(fā)生接觸，所述末端執(zhí)行器還可以包括一個氣動致動器。該氣動致動器可以被構造成接收高壓氣體，該高壓氣體被用來克服由所述偏壓構件施加在所述活塞上的力，并且使得所述活塞從回縮位置移動至伸展位置。在一個實施例中，所述氣動致動器可以被連接在一對氣體管線上。這些氣體管線可以被構造成將高壓氣體供入所述氣動致動器內。所述氣體的力可以被用來將一個驅動構件移動入所述氣動致動器內和從所述氣動致動器中移出。所述驅動構件可以由此被連接在所述活塞上，用于使得所述活塞伸展和回縮至一個預期位置。
當包含有推動裝置時，所述末端執(zhí)行器還可以包括一個與所述氣動致動器相鄰設置的吸氣裝置。所述吸氣裝置可以被構造成產生一個吸力，用于捕獲任何在所述活塞移動的過程中釋放出的顆粒。例如，在一個實施例中，所述吸氣裝置可以與連接于所述氣動致動器上的一根氣體管線流體連通?？梢栽谒鰵怏w管線與吸氣裝置之間設置一個止回閥。當向所述氣體管線施加一個吸力時，所述止回閥可以打開，來在所述吸氣裝置內部產生一個吸力。以這種方式，所述吸氣裝置可以被用在當晶片沒有被所述推動裝置夾持住時。
本發(fā)明中的末端執(zhí)行器還可以包括一個晶片探測系統(tǒng)，用于探測在該末端執(zhí)行器上是否存在晶片。例如，在一個實施例中，該晶片探測系統(tǒng)可以包括一條與光導管連通的送光通道，其中該送光通道包括一個光源，和一個角型光學器件?？梢杂伤龉庠窗l(fā)射出一個光束，該光束由光導管傳導至所述角型光學器件。所述角型光學器件可以被構造成使得所述光束橫穿在所述基座構件上由支撐構件限定出的晶片接收區(qū)域。
與所述送光通道相對，可以橫跨所述晶片接收區(qū)域設置一個受光通道，用于接收由所述送光通道發(fā)射出的光束。該受光通道可以與一個光傳感器連通。所述光傳感器可以被用來在橫穿所述晶片接收區(qū)域的光束被阻斷時指示存在有晶片。
包含于所述送光通道中的角型光學器件可以包括一個與凸透鏡組合使用的反射器件，比如鏡子，其中所述凸透鏡使得光束聚焦和變窄。所述送光通道還可以包括一個位于所述光導管與角型光學器件之間的光孔。該光孔的直徑小于所述光導管的直徑。例如，所述光孔的直徑可以從大約0.2毫米至大約1毫米，并且所述光導管的直徑可以從大約2毫米至大約6毫米。所述光導管例如可以由一種諸如石英這樣的晶體材料制成。
所述受光通道還可以包括一個與光孔和光導管連通的角型光學器件。所述受光通道還可以包括一個面對著所述送光通道的受光開口。該受光開口可以被用來使得所述受光通道的視野變窄。
按照本發(fā)明中的教導，可以根據(jù)需要構造和使用多種不同類型的末端執(zhí)行器。例如，在一個實施例中，可以制得一種特別適用于裝卸溫度低于250℃的冷晶片的末端執(zhí)行器。在另一個實施例中，可以設計出一種被構造成保持住熱晶片的末端執(zhí)行器，比如溫度高于250℃的晶片，例如高達750℃。例如，在一種晶片處理系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可以包括一個冷晶片末端執(zhí)行器和一個熱晶片末端執(zhí)行器，用于在處理腔與匣之間運送晶片。
用于裝卸冷晶片的末端執(zhí)行器可以包括一個基座構件，該基座構件由一種諸如不銹鋼這樣的金屬制成。包含于所述基座構件上的支撐構件可以由一種低摩擦塑性材料制成，比如聚醚-酮醚或者聚甲醛-乙縮醛聚合物。在一個實施例中，所述支撐構件可以具有一個用于與晶片邊緣發(fā)生接觸的傾斜表面。該傾斜表面可以具有一種外凸且偏心形狀。例如，在一個實施例中，所述末端執(zhí)行器可以包含四個支撐構件，其中兩個支撐構件位于所述第一和第二尖叉的端部處。位于所述尖叉端部處的支撐構件可以具有外凸且偏心形狀的表面。
另一方面，用于裝卸熱晶片的末端執(zhí)行器可以由一種耐熱材料制成，比如火拋光石英或者藍寶石。在本實施例中，所述支撐構件可以與所述基座構件整體形成。例如，所述支撐構件可以呈一種拱形形狀，該拱形形狀大體上與半導體晶片的半徑相匹配。各個支撐構件均可以具有一個晶片接觸表面，該晶片接觸表面從一個最大半徑逐漸變小至與所述基座構件相鄰的最小半徑。最大半徑與最小半徑之間的差值可以至少為大約0.75毫米，例如至少為大約1毫米。
在一個實施例中，所述末端執(zhí)行器還可以在位于近端與遠端之間的中心區(qū)域包括位于所述基座構件上的應急銷。這些應急銷可以包含于用于裝卸冷晶片的末端執(zhí)行器上或者包含于用于裝卸熱晶片的末端執(zhí)行器上。這些應急銷通常高度小于所述支撐構件的高度。例如，這些應急銷可以具有小于大約1毫米的高度。
所述應急銷并非被設計成在正常情況下與半導體晶片發(fā)生接觸。但是，如果一個包含在所述末端執(zhí)行器上的晶片發(fā)生了撓曲(bowing)，那么所述應急銷將支撐該晶片，并且防止該晶片與末端執(zhí)行器上的其它部件發(fā)生接觸。如果所述晶片與末端執(zhí)行器上的其它部件發(fā)生了接觸，那么該晶片有可能被污染或者產生溫度梯度。
本發(fā)明的其它特征、方面以及優(yōu)點在后面更為詳細地進行討論。


下面參照附圖對本發(fā)明的多個實施例進行描述圖1是一個按照本發(fā)明制成的晶片處理系統(tǒng)實施例的透視圖；圖1A是兩個機械手的透視圖，每個機械手均被固連在一個按照本發(fā)明制成的末端執(zhí)行器上；圖2是一個按照本發(fā)明制成的末端執(zhí)行器實施例的透視圖；圖3是圖2中所示末端執(zhí)行器的平面圖；圖4是圖2中所示末端執(zhí)行器的側視圖；圖5是圖2中所示末端執(zhí)行器的放大透視圖，某些部分被切除；圖6A和6B是按照本發(fā)明制成的包含有一個推動裝置的末端執(zhí)行器的透視圖，某些部分被切除；圖7、7A和7B是一個按照本發(fā)明制成的包括晶片探測系統(tǒng)的末端執(zhí)行器的多個視圖；圖8是另外一個按照本發(fā)明的末端執(zhí)行器實施例的透視圖；圖9A、9B、10A和10B是不同的末端執(zhí)行器實施例的側視圖，示出了按照本發(fā)明制成的各種支撐構件；圖11是圖8中所示末端執(zhí)行器的透視圖，某些部分被切除；而圖12也是圖8中所示末端執(zhí)行器的透視圖，某些部分被切除。
在本說明書和附圖中重復使用的附圖標記用于表示本發(fā)明中相同或者相似的特征或者元件。
具體實施例方式
下面參照本發(fā)明的實施例，在下面給出了一個或者多個示例。各個示例均用于解釋本發(fā)明，而并非對本發(fā)明加以限制。實際上，對于本技術領域那些熟練人員來說，在不脫離本發(fā)明的范圍和實質的條件下，可以在本發(fā)明中進行多種改進和變型。例如，被圖示或者描述為一個實施例中的部件的特征可以用在另外一個實施例中，來獲得再一個實施例。因此，希望本發(fā)明覆蓋這些落入所附權利要求的范圍以及它們的等效范圍之內的改進和變型。本技術領域的普通技術人員將會明白，目前的討論均是對示例性實施例的描述，而并非用于對本發(fā)明的更寬方面加以限制，其中所述更寬方面以示例性構造加以實施。
總體來說，本發(fā)明涉及一種晶片處理和裝卸系統(tǒng)。按照本發(fā)明，已經設計出了多種末端執(zhí)行器，與許多現(xiàn)有構造相比，提供了許多改進和優(yōu)點。例如，在一個實施例中，本發(fā)明涉及一種被設計成用于裝卸低溫晶片，比如溫度低于250℃的晶片，的末端執(zhí)行器。替代性地，本發(fā)明還涉及被設計成用于裝卸熱晶片，比如溫度高于250℃的晶片，的末端執(zhí)行器的構造。但是，必須明白的是，任何與用于裝卸低溫晶片的末端執(zhí)行器相關聯(lián)的特征也可以被用在用于裝卸相對高溫晶片的末端執(zhí)行器上。
按照本發(fā)明制成的末端執(zhí)行器可以包括專門設計的支撐構件，用于在該末端執(zhí)行器上支撐晶片。這些支撐構件被設計成僅在晶片的邊緣處與該晶片發(fā)生接觸。
除了所述支撐構件之外，末端執(zhí)行器還可以包括一個晶片探測系統(tǒng)。還有，所述末端執(zhí)行器可以包括一個推動裝置，該推動裝置用于在所述末端執(zhí)行器上定位晶片。所述推動裝置還可以在所述末端執(zhí)行器的快速運動過程中用于將晶片夾持在該末端執(zhí)行器上。
參照圖1，示出了一個按照本發(fā)明制成的晶片處理系統(tǒng)實施例。如圖所示，這種系統(tǒng)包括多個晶片匣10、12和14。這些晶片匣被設計成用于以間隔開但堆疊的方式保持住晶片。一個或者多個機械手16與這些匣相鄰。如圖所示，這些機械手均被固連在一個末端執(zhí)行器上，其中所述末端執(zhí)行器被設計成用于從匣10、12和14中取出半導體晶片并且將它們置入一個晶片處理腔18內。
在圖1所示的實施例中，系統(tǒng)包括一個第一半導體晶片處理腔18和一個第二半導體晶片處理腔20(未示出)。半導體晶片處理腔18包括一個門22，該門22打開和關閉以為了將晶片放入處理腔內和從處理腔中取出晶片。所述晶片處理腔可以被構造成在半導體晶片上實施多種工藝。例如，這些處理腔可以被設計成實施化學氣相淀積、退火、外延淀積、蝕刻等等。在圖1所示的實施例中，處理腔18包括一個快速熱處理腔。在圖1所示的實施例中，處理腔18的蓋24處于打開位置。該蓋在處理過程中保持關閉，但是例如為了對處理腔進行維護可以被打開。
快速熱處理腔18可以被連接在一個氣室26上，該氣室26保持有多種在晶片處理過程中使用的氣體。例如，為了在一個半導體晶片上淀積多個不同類型的層，可以向所述處理腔供入多種氣體。所述氣體也可以是用于防止在熱處理過程中在半導體晶片上發(fā)生任何所不希望的反應的惰性氣體。
參照圖1A，示出了一對對偶機械手28和30，均被連接在一個對應的末端執(zhí)行器32和34上。在本實施例中，末端執(zhí)行器32用于裝卸處于相對較低溫度的半導體晶片，而末端執(zhí)行器34用于裝卸處于較高溫度的半導體晶片。由于具有兩個機械手28和30以及兩個末端執(zhí)行器32和34，所以本發(fā)明中的系統(tǒng)能夠同時裝卸兩個半導體晶片。例如，末端執(zhí)行器34可以將一個半導體晶片從處理腔24中取出，同時末端執(zhí)行器32將一個半導體晶片從匣中取出，用于取代處理腔中的那一個。
如圖1A中所示，機械手28包括一個第一部分36和一個第二部分38，而機械手30包括一個第一部分40和一個第二部分42。通過使用這些部分，機械手能夠在兩個方向(X和Y方向)上自由地移動所述末端執(zhí)行器。通過在機械手中包括合適的機構，所述末端執(zhí)行器還可以上、下移動(Z方向)。例如，如圖1A中所示，所述機械手可以被連接在一個提升裝置43上，在需要時提升該機械手。再次參見圖1，所述機械手還可以被安裝在一條線性軌道上，使得該機械手沿著所述匣和處理腔移動。
需要明白的是，圖1A中所示的機械手僅代表了一種用于移動末端執(zhí)行器32和34的機構實施例。就此而言，任何合適的機械手均可以被連接在所述末端執(zhí)行器上。例如，在其它實施例中，所述末端執(zhí)行器可以被連接在一個包括線性滑塊的機械手上，用于在一個、兩個或者三個方向上移動。
參照圖2-7B，下面將更為詳細地對圖1A中所示的末端執(zhí)行器32進行描述。如圖2和3中所示，末端執(zhí)行器32包括一個基座構件44。該基座構件44包括一個限定出末端執(zhí)行器的近端的背部46。該基座構件還包括一個第一尖叉48和一個第二尖叉50，它們均終止于末端執(zhí)行器的遠端處。當用于裝卸具有相對較低溫度的晶片時，基座構件44可以由一種諸如不銹鋼這樣的金屬制成。替代性地，可以使用任何其它合適材料。
為了在所述末端執(zhí)行器上支撐晶片，所述末端執(zhí)行器包括大量位于基座構件上的支撐構件。在圖2和3所示的實施例中，所述末端執(zhí)行器包括四個支撐構件52、54、56和58。如圖3中所示，這些支撐構件均位于所述末端執(zhí)行器上，以便如虛線所示那樣與半導體晶片60的邊緣發(fā)生接觸。支撐構件52、54、56和58可以由任何具有低摩擦系數(shù)的合適材料制成。例如，這些支撐構件可以由一種塑性材料制成，比如聚醚-酮醚(PEEK)或者聚甲醛-乙縮醛聚合物(POM)。替代性地，所述支撐構件可以由一種結晶材料制成，比如石英或者藍寶石。
為了僅在半導體晶片60的邊緣處與該半導體晶片60發(fā)生接觸，各個支撐構件均可以具有一個傾斜表面。
例如，參照圖5，示出了一個按照本發(fā)明制成的支撐構件實施例56。在本實施例中，支撐構件56包括一個具有偏心且外凸形狀的表面。本發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，在圖5中示出的特定表面形狀用于當一個晶片被裝載在末端執(zhí)行器上時使得該晶片在支撐構件上更好地定心。如圖5中所示，由于支撐構件的外凸且偏心形狀，在晶片的定心過程中該晶片被沿著線62推動。正如后面將更為詳細描述的那樣，這種特定形狀還將與一個推動裝置更好地協(xié)同工作。
在一個實施例中，支撐構件56和58均具有一種外凸且偏心的形狀。但是，支撐構件52和54可以具有一種外凸形狀但不偏心。在其它實施例中，支撐構件52和54可以包括任何能夠與晶片邊緣發(fā)生配合的合適傾斜表面。在另外一些實施例中，支撐構件52和54可以被構造成在除晶片邊緣之外的區(qū)域內部的任何地方與晶片發(fā)生配合。
如圖3中所示，各個支撐構件52、54、56和58均環(huán)繞晶片60的邊緣支撐起該晶片60。這些支撐構件在它們之間限定出一個晶片接收區(qū)域。為了將晶片保持在晶片接收區(qū)域中，所述末端執(zhí)行器還包括位于該末端執(zhí)行器近端處的周向支撐銷64和66以及位于該末端執(zhí)行器遠端處的止擋構件68、70、72和74。總體上說，所述周向支撐銷和止擋構件的高度大于所述支撐構件。例如，所述周向支撐銷和止擋構件可以至少比所述支撐構件高出0.2毫米左右，比如至少比所述支撐構件高出0.5毫米左右。周向支撐銷64和66以及止擋構件68、70、72和74用于在末端執(zhí)行器32的加速和減速過程中將晶片60保持在所述晶片接收區(qū)域之內。
如圖3中所示，在各個尖叉的端部處環(huán)繞相應的支撐構件均設置有一對止擋構件。例如，由于在某些實施例中半導體晶片60可以包括一個用于在各種工藝中對該晶片進行定心的缺口，所以使用了一對止擋構件。但是，通過利用兩個止擋構件，即使包含于晶片上的缺口與一個止擋構件對齊，仍舊能夠與該晶片發(fā)生接觸。當然，在某些實施例中，將僅需要一個止擋構件。替代性地，所述止擋構件的寬度可以大于包含于晶片上的缺口的寬度。
按照本發(fā)明，如圖2和3中特別示出的那樣，末端執(zhí)行器32還包括一對應急銷76和78。應急銷76和78位于所述末端執(zhí)行器上的尖叉上，并且總體上被設計成當半導體晶片60支撐于所述支撐構件上時不與該半導體晶片60發(fā)生接觸。就此而言，應急銷76和78的總體高度低于所述支撐構件的高度。例如，應急銷76和78的高度可以至少比所述支撐構件低0.2毫米左右，比如低0.5毫米左右。例如，在一個實施例中，應急銷76和78的高度比所述支撐構件低0.7毫米左右。
應急銷76和78被設計和構造成當半導體晶片60沒有處于合適位置或者發(fā)生撓曲時與該晶片60發(fā)生接觸。另一方面，如果所述晶片與末端執(zhí)行器上的尖叉48和50發(fā)生接觸，那么該晶片可以被污染，特別是如果所述尖叉由一種金屬制成時更是如此。
當今，半導體晶片被制造成具有更大的尺寸并且盡可能地薄。由此，可能出現(xiàn)晶片彎曲或者撓曲，特別是如果晶片具有較高溫度時。因此，應急銷76和78在晶片不會遭受實質性損壞的條件下提供對撓曲晶片的支撐。
通常，應急銷76和78、周向支撐銷64和66、以及止擋構件68、70、72和74可以由一種塑料或者結晶材料制成。通常，所述應急銷、周向支撐銷以及止擋構件可以由任何用于制取所述支撐構件的材料制成。
除了各種前述用于支撐和保持半導體晶片的無源裝置之外，末端執(zhí)行器32還包括一個總體上被標記為80的推動裝置。該推動裝置80被包含在末端執(zhí)行器32的基座構件44中。該推動裝置的機構在圖6A和6B中示出。在圖6A和6B中，示出末端執(zhí)行器32，且尖叉48和50未連接于背部46上。
如圖6A和6B中所示，推動裝置80包括一個連接于觸頭84上的活塞82。如圖6B中所示，觸頭84被設計成與半導體晶片60的邊緣發(fā)生接觸。該觸頭可以具有一個平面狀表面或者一個外凸式表面。對于大多數(shù)應用領域來說，所希望的是所述觸頭僅在晶片的邊緣處與該晶片點狀接觸。
推動裝置80中的活塞82被連接在一個氣動致動器86上。如圖6A和6B中所示，氣動致動器86被連接在第一氣體管線92和第二氣體管線94上。第一氣體管線92與第一氣體開口88連通，而第二氣體管線94與第二氣體開口90連通。
氣動致動器86包括一個連接于活塞82上的驅動構件96。如圖6B中所示，該驅動構件96包括一個汽缸活塞95以及一對對置導桿97和99。汽缸活塞95以及導桿97和99被構造成移入和移出氣動致動器86。尤其是，為了使得汽缸活塞95伸展，通過第一氣體開口88和第一氣體管線92供給高壓氣體。所述高壓氣體迫使汽缸活塞95移出氣動致動器86。
為了使得汽缸活塞95回縮，中斷流過第一氣體管線92的氣體，并且經由第二氣體開口90通過第二氣體管線94供給高壓氣體。例如，可以發(fā)送通過第二氣體管線94供給的氣體，以便迫使汽缸活塞95返回氣動致動器86內。例如，在一個實施例中，汽缸活塞95可以包括一個柱塞(未示出)，該柱塞在一側與通過第一氣體管線92供給的氣體發(fā)生接觸，在另外一側與通過第二氣體管線94供給的氣體發(fā)生接觸。以這種方式，汽缸活塞95可以移入和移出氣動致動器86。由此，當使得汽缸活塞95伸展時，通過氣體管線92供給氣體，并且排出氣體管線94中的氣體。相反，當使得汽缸活塞95回縮時，通過氣體管線94供給氣體，并且排出氣體管線92中的氣體。還有，當例如如圖6B中所示將晶片保持在夾持位置時，在氣體管線92內部保持高壓氣體。
通過經由汽缸活塞95移動驅動構件96，活塞82在一個回縮位置與一個伸展位置之間移動?；乜s位置在圖6A中示出，而活塞82的伸展位置在圖6B示出。
活塞82還與一個偏壓構件或者彈簧98工作性關聯(lián)。彈簧98對所述活塞進行偏壓，以便保持在回縮位置。致動器86克服由所述彈簧施加在活塞上的力，促使所述活塞發(fā)生伸展。尤其有益的是，由彈簧98施加在所述活塞上的力隨著所述活塞的伸展而增大。以這種方式，由所述推動裝置施加在晶片上的力的大小受到緩沖，并且隨著所述活塞遠離回縮位置，所述力減小。
在活塞82的運動過程中，對于大多數(shù)應用領域來說，所希望的是不容許任何在部件運動過程中產生的顆粒著落或者以任何方式玷污包含在末端執(zhí)行器32上的半導體晶片。就此而言，在本實施例中，活塞82被保持在鄰近觸頭84的雙列軸承100中。還有，推動裝置80中的所有移動部件均被保持在一個由末端執(zhí)行器32的基座構件44限定的殼體之內。
在一個實施例中，末端執(zhí)行器32還可以包括一個吸氣裝置101，該吸氣裝置101被設計成捕獲任何可能存在于所述基座構件中的殼體之內的顆粒。例如，如圖6A和6B中所示，一個吸氣裝置101與氣動致動器86相鄰，并且與第二氣體管線94和第二氣體開口90流體連通。吸氣裝置101可以例如經由一個止回閥連接在第二氣體管線94上。以這種方式，當一個真空源連接在氣體開口90上時，會在氣體管線94內部產生一個吸力，促使所述止回閥打開。一旦所述止回閥被打開，那么吸氣裝置101會在所述殼體內部產生一個吸力，用于捕獲任何顆粒并且防止這些顆粒逸出觸頭84之外。吸氣裝置101例如可以當在第二氣體管線94內部無需高壓氣體來啟動氣動致動器86時啟動。但是，在一個替代性實施例中，需要明白的是，可以在吸氣裝置101上連接一根獨立的氣體管線，用于在所述末端執(zhí)行器中的殼體內部一直產生一個吸力。
推動裝置80可以在半導體晶片的裝卸過程中提供多種不同功能。例如，在一個實施例中，推動裝置80可以被用來使得位于末端執(zhí)行器上的晶片對中。尤其是，推動裝置80可以被用來將晶片60推動至所述支撐構件上的合適位置。
推動裝置80還可以被用來將一個晶片夾持到所述末端執(zhí)行器上。主動地將晶片保持在末端執(zhí)行器上可以防止該晶片在所述末端執(zhí)行器加速或者減速時不再對齊。當用于將一個晶片夾持在末端執(zhí)行器上時，如圖2和3中所示，推動裝置80可以將半導體晶片60壓靠在止擋構件68、70、72和74上。在與晶片的邊緣發(fā)生接觸之后，所述推動裝置例如可以被設計成向該晶片施加一個大約1至3牛頓的力，用于將該晶片保持在合適位置。如前所述，彈簧98用于隨著所述活塞發(fā)生伸展而緩沖施加在晶片上的力的大小，以便防止對晶片造成損傷。
除了在末端執(zhí)行器上對晶片進行定位之外，推動裝置80也適用于協(xié)助將晶片從匣中或者從處理腔中的基片支架上取出，以便將該晶片置于所述末端執(zhí)行器上。例如，隨著末端執(zhí)行器移入匣內，機械手可以受到程序控制，從而使得晶片撞擊活塞82的觸頭84。一旦晶片與觸頭84發(fā)生了接觸，那么所述活塞利用氣動致動器86得以伸展，用于將該晶片夾靠在所述止擋構件上。一旦夾持住，所述末端執(zhí)行器和晶片可以被高速傳送，卻不必擔心晶片發(fā)生移位。還有，在處理過程中，僅在晶片的邊緣處抓持住該晶片，也減輕了對晶片的損傷。
如前所述，推動裝置80中的活塞82和觸頭84被設計成使得所述活塞在向氣動致動器86供給高壓氣體時伸展。在過去，末端執(zhí)行器被設計成帶有一個彈簧，該彈簧朝向一種伸展狀態(tài)偏壓推桿。在這些現(xiàn)有結構中，隨后使用一個真空力來將所述活塞保持在回縮位置。但是，本發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，通過如前所述例如氣動致動器86，可以減小末端執(zhí)行器的輪廓高度。減小末端執(zhí)行器的高度提供了多種優(yōu)點和益處。例如，細長的末端執(zhí)行器更易于操控。末端執(zhí)行器可以以較小的間隙進入匣和晶片處理腔。通過利用一個細長的末端執(zhí)行器，匣可以被設計成承載更多的晶片。
類似地，處理腔可以被制成具有一個供末端執(zhí)行器進入的更窄開口。通過具有一個更窄開口，當利用本發(fā)明中的末端執(zhí)行器將晶片插入處理腔內時，較少發(fā)生污染和溫度變化。還有，如果處理腔包含有有害氣體，那么通過減小接收所述末端執(zhí)行器的開口的尺寸，任何這種氣體不太容易逸出。
就此而言，參照圖4，示出了末端執(zhí)行器32的一個側視圖。即使當如前所述包含有一個推動裝置時，末端執(zhí)行器32也可以具有低于約12毫米的最大輪廓高度，比如低于約10毫米。實際上，在一個實施例中，相信按照本發(fā)明可以制取最大輪廓高度低于約8.5毫米的末端執(zhí)行器。
除了具有推動裝置之外，按照本發(fā)明制取的末端執(zhí)行器還可以裝備一個晶片探測系統(tǒng)。參照圖7、7A和7B，示出了一個按照本發(fā)明制取的晶片探測系統(tǒng)實施例。在本實施例中，所示出的晶片探測系統(tǒng)被結合入末端執(zhí)行器32內，其中末端執(zhí)行器32被設計成用于裝卸處于相對較低溫度的晶片。但是，必須明白的時，這種晶片探測系統(tǒng)同樣也適合與用于裝卸處于較高溫度的晶片的末端執(zhí)行器一起使用。
在圖7、7A和7B中，再次示出了末端執(zhí)行器32，其中尖叉48和50未連接于基座構件44的背部46上。還有，所示出的晶片探測系統(tǒng)位于末端執(zhí)行器的近端處。但是，必須明白的是，這種晶片探測系統(tǒng)可以被置于末端執(zhí)行器32上的晶片接收區(qū)域內部的任何其它合適位置。
通常，所述晶片探測系統(tǒng)包括一個光源，該光源發(fā)射出一個橫穿末端執(zhí)行器上的晶片接收區(qū)域的光束。一個接收器被設置成接收所述光束，并且例如可以包括一個光傳感器。如果所述光束被阻斷，那么所述晶片探測系統(tǒng)將指示在末端執(zhí)行器上存在有一個晶片。
參照圖7A，所述晶片探測系統(tǒng)包括一條與光導管102連通的送光通道(未示出)。光導管102最好由一種能夠經受高溫的材料制成。例如，在一個實施例中，光導管102包括一根由諸如石英這樣的結晶材料制成的纖維。所述光導管可以具有任何合適的直徑，比如從2毫米至5毫米。例如，在一個實施例中，光導管102可以具有3毫米左右的直徑。如圖7A中所示，光導管102沿著末端執(zhí)行器的外周延伸。
參照圖7B，更為詳細地示出了所述送光通道的端部。如圖所示，光導管102終止于一個光孔104。如圖所示，該光孔的直徑小于所述光導管的直徑。例如，該光孔的直徑可以從大約0.1毫米至大約1.5毫米，比如具有0.5毫米左右的直徑。總體來說，光孔104縮小了所述光束的直徑，并且具有使得光束加強的趨勢。
從光孔104開始，所述光束進入一個角型光學器件106。該角型光學器件例如可以包括一個結合有透鏡110的反射器件108。反射器件108例如可以包括一個改變光束方向的鏡面，從而使得所述光束橫穿末端執(zhí)行器上的晶片接收區(qū)域。但是，必須明白的是，取代反射器件108，所述角型光學器件可以包括任何能夠改變所述光束方向的合適器件。
與反射器件108相伴的透鏡110例如可以是一個凸透鏡。透鏡110被設計成使得所述光束聚焦和變窄。例如，離開透鏡110的光束的直徑可以小于約1.5毫米，比如小于約1.0毫米。例如，在一個實施例中，穿出透鏡110的光束的可以具有約0.5毫米左右的直徑。
在穿出透鏡110之后，所述光束穿過一個橫穿末端執(zhí)行器的小孔或者光通道開口112。小孔112通常不會對光束本身產生任何影響。
與透鏡110相對，如圖7A中所示，所述末端執(zhí)行器還包括一條受光通道。在一個實施例中，該受光通道可以具有一種非常類似于所述送光通道的構造。例如，該受光通道可以包括一個角型光學器件116、一個光孔118以及一個光導管120。光導管120可以與一個光傳感器連通，其中所述光傳感器被設計成能夠感測由所述受光通道接收的光的量。如果光的量減少，那么所述光傳感器可以被構造成指示在所述末端執(zhí)行器上存在一個晶片。
所述受光通道還包括一個小孔或者受光開口122。如圖7中所示，由所述送光通道發(fā)射出的光束具有發(fā)散趨勢，并且隨著光束朝向所述受光通道前進呈圓錐形狀。通過以一種圓錐型式行進，所述光線可以從相鄰表面反射出來。經過反射的光線可以返回至探測器，提供錯誤讀數(shù)。
但是，小孔122可以通過使得接收光線的視野變窄來避免這個問題?？傮w來說，小孔122形成了一個用于所述受光通道的遮光板。由此，小孔122防止了入射光線經由所述受光通道與光傳感器連通。
受光小孔122的直徑可以依據(jù)特定用途而變化。例如，在一個實施例中，所述小孔可以具有從大約1毫米至大約5毫米的直徑，比如具有從大約2毫米至大約4毫米的直徑。
在前述參數(shù)范圍中，橫穿本發(fā)明中的末端執(zhí)行器發(fā)生聚焦的光束可以具有從約2毫米至4毫米的直徑。例如，在一個實施例中，所述光束可以具有3毫米左右的晶片探測直徑。換句話說，在本實施例中，所述光探測系統(tǒng)能夠在3毫米左右的Z區(qū)域中探測晶片。對于大多數(shù)應用領域來說，為了減少不希望的光線反射，所述光束的直徑必須不超過約3毫米。
下面參照圖8-12，示出了一個用于裝卸處于較高溫度的晶片的末端執(zhí)行器34。尤其是，這種末端執(zhí)行器非常適用于裝卸溫度高于250℃的晶片，比如高于500℃。末端執(zhí)行器34包括一個基座構件124，該基座構件124包括一個連接于第一尖叉128和第二尖叉130上的背部126。為了裝卸處于較高溫度的晶片，尖叉128和130可以由一種耐熱材料制成，比如石英或者藍寶石。優(yōu)選的是，尖叉128和130被拋光成一個光滑表面。例如，在一個實施例中，所述表面可以經過火拋光處理。
如圖所示，末端執(zhí)行器34還包括多個支撐構件132、134、136和138。這些支撐構件可以與所述末端執(zhí)行器一體成形或者可以由獨立的材料部件制成。支撐構件132、134、136和138可以由前述材料制成，比如石英和藍寶石。
參照圖11，示出了支撐構件136的分解視圖，而在圖12中，示出了支撐構件132的放大視圖。如圖所示，支撐構件132和136均呈拱形形狀。這種拱形形狀被總體設計成與即將保持在末端執(zhí)行器上的半導體晶片的半徑相匹配。支撐構件136還包括一個傾斜表面140，同時支撐構件132包括一個傾斜表面142。傾斜表面140和142被設計成僅與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸。所有這些支撐構件共同限定出一個用于在末端執(zhí)行器上定位和保持晶片的晶片捕獲區(qū)域。
在晶片加熱過程中，已知的是半導體晶片的直徑可能會增大1毫米左右。就此而言，與各個支撐構件相關聯(lián)的傾斜表面也被設計成當晶片相對較熱或者相對較冷時裝卸這些晶片。就此而言，各個支撐構件上的傾斜表面在這些支撐構件的頂部處限定出一個第一或者最大半徑，并且朝向與末端執(zhí)行器的基座構件相鄰的支撐構件底部限定出一個第二或者最小半徑。按照本發(fā)明，所述支撐構件的最大直徑與最小直徑之間的差值大于約0.5毫米，比如大于約1毫米。
以這種方式，所有支撐構件共同工作來裝卸具有不同尺寸的晶片。例如，參照圖9A和9B，示出了末端執(zhí)行器34的一個側視圖。尤其是，圖9A和9B示出了保持著一個半導體晶片144的支撐構件132和支撐構件138。在圖9A中，半導體晶片144具有較高的溫度，并且由此具有大于圖9B中所示晶片144的直徑。但是，按照本發(fā)明，支撐構件132和138能夠支撐起處于熱膨脹狀態(tài)或者冷收縮狀態(tài)的晶片。還有，所述支撐構件能夠僅在晶片的邊緣處保持住該晶片。
如圖9A和9B中所示，支撐構件132和138上的傾斜表面均呈內凹形狀。但是，依據(jù)特定用途，這些支撐構件上的傾斜表面可以具有其它多種形狀。例如，取代內凹式，所述表面也可以呈外凸形狀。參照圖10A和10B，在本實施例中，支撐構件132和138上的傾斜表面具有一個斜切表面。尤其是，所述支撐構件的表面在本實施例中呈直線狀。類似于在圖9A和9B中示出的方式，所示出的晶片144由所述支撐表面保持住。
再次參照圖8，末端執(zhí)行器34還包括一對類似于如圖2中所示應急銷76和78的應急銷146和148。應急銷146和148用于在保持于末端執(zhí)行器上的晶片不再對齊或者發(fā)生彎曲或撓曲時與該晶片發(fā)生接觸。實際上，處于較高溫度下的晶片更易于發(fā)生撓曲并且與應急銷146和148發(fā)生接觸。通常，應急銷146和148可以由任何耐熱材料制成，比如石英或者藍寶石。這些銷可以與所述末端執(zhí)行器分開單獨制取或者可以與所述末端執(zhí)行器一體成形。如圖2中所示，所述應急銷的高度低于所述支撐構件的高度，并且被設計成除非晶片真正發(fā)生了彎曲或者撓曲，不與晶片發(fā)生接觸。
如圖8中示出的末端執(zhí)行器34可以包括一個諸如在圖7、7A和7B中示出的晶片探測系統(tǒng)。對于大多數(shù)實施例來說，當用于承載或者裝卸處于較高溫度的晶片時，所述末端執(zhí)行器無需推動裝置。
與許多現(xiàn)有構造相比，如圖中所示和如前所述的末端執(zhí)行器32和34提供了多種優(yōu)點和益處。例如，如前所述，這些末端執(zhí)行器具有一種細長輪廓并且易于操控。這些末端執(zhí)行器還包括獨特形狀的支撐構件、獨特的晶片探測系統(tǒng)和/或推動裝置，其中所述推動裝置可以被用來協(xié)助裝載晶片和將晶片夾持在末端執(zhí)行器上。實際上，通過前述的元件組合，相信本發(fā)明中的末端執(zhí)行器可以比許多過去制取的末端執(zhí)行器更為高效地獲取晶片。
例如，存在于所述末端執(zhí)行器上的支撐構件能夠在晶片被置于該末端執(zhí)行器上時主動地抓持這些晶片和對這些晶片進行定心。由此，直至所述末端執(zhí)行器已經獲取晶片并且開始移動之后，無需啟動利用所述推動裝置夾持住所述晶片。無需立即夾持住所述晶片可以大大提高晶片處理系統(tǒng)的生產率。
例如，在一個實施例中，本發(fā)明中的末端執(zhí)行器被移入設置有晶片的晶片工位。所述末端執(zhí)行器在晶片下方移動。一旦低于晶片，所述末端執(zhí)行器被在Z方向上升高，以便將所述晶片置于該末端執(zhí)行器上。盡管所述晶片處于未夾持或者非固定位置，但是晶片探測系統(tǒng)隨后確定出在末端執(zhí)行器上是否存在有晶片。如果在所述末端執(zhí)行器上存在有晶片，那么該末端執(zhí)行器立即移出所述晶片工位，并且在移動的同時可以比如利用推動裝置對所述晶片進行定心。
如前所述，當將一個晶片裝載到末端執(zhí)行器上時，處于回縮位置的推動裝置也可以被用來將該晶片推動至所述末端執(zhí)行器的尖叉上。
與前述工藝相比，許多現(xiàn)有的末端執(zhí)行器需要在使得末端執(zhí)行器從晶片工位回縮之前在該晶片工位中對晶片進行定心和夾持。由于它們的構造，本發(fā)明中的末端執(zhí)行器克服了這個缺點。
在不脫離本發(fā)明的實質和范圍的條件下，本技術領域中那些普通技術人員可以實施本發(fā)明的這些以及其它改進和變型，本發(fā)明的實質和范圍特別在所附權利要求中予以陳述。此外，必須明白的是，各個實施例中的部分可以全部或者部分地進行互換。還有，本技術領域中那些熟練人員將明白的是，前面的描述僅作為示例，并不希望在這些所附權利要求中局限于如此描述的本發(fā)明。
權利要求
1.一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器，包括具有近端和遠端的基座構件，該基座構件具有被構造成接收半導體晶片的頂表面；多個位于所述基座構件的頂表面上的支撐構件，這些支撐構件被構造成與接收于所述頂表面上的晶片發(fā)生接觸；推動裝置，用于在所述基座構件上對晶片進行定位，該推動裝置包括被構造成與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸的可回縮活塞，此活塞能夠在伸展位置與回縮位置之間移動；與所述活塞相關聯(lián)的偏壓構件，該偏壓構件朝向其回縮位置偏壓所述活塞；以及與所述活塞作用上關聯(lián)的氣動致動器，該氣動致動器被構造成接收高壓氣體，用于克服由所述偏壓構件施加在所述活塞上的力，并且使得所述活塞從回縮位置移動至伸展位置。
2.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，還包括位于所述活塞一端上的接觸元件，用于接觸半導體晶片，該接觸元件具有平坦表面。
3.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，還包括位于所述活塞一端上的接觸元件，用于接觸半導體晶片，該接觸元件具有外凸形表面。
4.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述活塞被保持在位于所述氣動致動器下游的軸承組件中，該軸承組件防止在所述活塞運動過程中產生的顆粒與保持在所述基座構件上的半導體晶片發(fā)生接觸。
5.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述偏壓構件包括彈簧。
6.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，由所述偏壓構件施加在所述活塞上的力隨著所述活塞伸展而增大。
7.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述氣動致動器被連接在第一氣體管線和第二氣體管線上，該致動器包括驅動構件，所述第一氣體管線被構造成將氣體供入該氣動致動器內，用于使得所述驅動構件移出該氣動致動器，而所述第二氣體管線被構造成將氣體供入該氣動致動器內，用于回縮所述驅動構件，所述驅動構件被連接在所述活塞上。
8.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，還包括與所述氣動致動器相鄰設置的吸氣裝置，該吸氣裝置被構造成產生吸力，用于捕獲在所述活塞運動過程中釋放出的任何顆粒。
9.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，還包括至少一個用于感測所述活塞的位置的位置傳感器。
10.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述推動裝置位于所述基座構件的近端處。
11.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約12毫米。
12.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約10毫米。
13.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，還包括至少一個位于所述基座構件上并且大致與所述推動裝置對置的止擋構件，其中所述止擋構件的高度足以在所述活塞至少部分伸展時將晶片保持在該止擋構件與活塞之間。
14.如權利要求13所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件包括與第二尖叉間隔開的第一尖叉，第一和第二尖叉均終止于所述基座構件的遠端處，各個尖叉均包括至少一個止擋構件。
15.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述偏壓構件和氣動致動器均包含于由所述基座構件限定的殼體中。
16.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，至少某些支撐構件包括被構造成僅與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸的表面，該表面呈外凸且偏心的形狀。
17.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，還包括晶片探測系統(tǒng)，該晶片探測系統(tǒng)包括跨過所述基座構件與受光通道對置的送光通道，此送光通道被構造成朝向所述受光通道發(fā)射光束，并且該晶片探測系統(tǒng)被構造成在所述光束被晶片阻斷時探測出晶片的存在。
18.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述多個支撐構件限定出晶片接收區(qū)域，并且該末端執(zhí)行器還包括一對應急銷，這對應急銷大體在所述基座構件的近端與遠端之間的晶片接收區(qū)域中心區(qū)域中，在所述基座構件上在各自對面定位，這些應急銷的高度低于所述支撐構件的高度，用于防止半導體晶片與所述基座構件發(fā)生接觸。
19.如權利要求14所述的末端執(zhí)行器，其中，在每個尖叉的端部處均設置有一對止擋構件，各對止擋構件均環(huán)繞對應的支撐構件，每個止擋構件均具有大于對應支撐構件的高度。
20.如權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其中，所述多個支撐構件限定出晶片接收區(qū)域，并且該末端執(zhí)行器還包括至少一個周向應急銷，該周向應急銷位于所述晶片接收區(qū)域之外的基座構件近端處，并且高度大于用于將半導體晶片保持在所述晶片接收區(qū)域之內的支撐構件的高度。
21.一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器，包括具有近端和遠端的基座構件；多個位于所述基座構件上的支撐構件，用于接觸和支撐置于該末端執(zhí)行器上的半導體晶片，這些支撐構件在它們之間限定出晶片接收區(qū)域；送光通道，包括與光導管連通的光源和角型光學器件，其中由所述光源發(fā)出的光束通過光導管傳導至所述角型光學器件，所述角型光學器件被構造成使得所述光束改變方向而穿過所述晶片接收區(qū)域；受光通道，跨過所述晶片接收區(qū)域與所述送光通道對置，用于接收由所述送光通道發(fā)出的光束；以及與所述受光通道連通的光傳感器，該光傳感器被構造成當橫穿所述晶片接收區(qū)域的光束被阻斷時指示出晶片的存在。
22.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述送光通道還包括位于所述光導管與角型光學器件之間的光孔。
23.如權利要求22所述的末端執(zhí)行器，其中，所述光孔的直徑小于所述光導管的直徑。
24.如權利要求23所述的末端執(zhí)行器，其中，所述光導管具有從約2毫米至約6毫米的直徑，而所述光孔具有從約0.2毫米至約1毫米的直徑。
25.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述角型光學器件包括與凸透鏡間隔開的反射器件，所述凸透鏡被構造成使得光束聚焦和變窄。
26.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述送光通道被設置成在所述基座構件的近端處與所述受光通道對置。
27.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述光導管包括晶體纖維。
28.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述光導管包括石英纖維。
29.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述受光通道還包括與所述送光通道對置的受光開口。
30.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述受光通道還包括與光導管連通的角型光學器件，所述光導管與所述光傳感器連通。
31.如權利要求21所述的末端執(zhí)行器，其中，所述送光通道被構造成使得光束橫穿平均直徑為約2毫米至約4毫米的晶片接收區(qū)域。
32.如權利要求31所述的末端執(zhí)行器，其中，所述光束呈輕微的圓錐形狀。
33.一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器，包括具有近端和遠端的基座構件；多個位于所述基座構件上的支撐構件，用于接觸和支撐置于該末端執(zhí)行器上的晶片；且所述末端執(zhí)行器具有小于約12mm的最大輪廓高度。
34.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約10毫米。
35.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，還包括位于所述基座構件的近端處的推動裝置，該推動裝置包括可回縮活塞，此活塞被構造成與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸，用于在所述基座構件上對所述晶片進行定位。
36.如權利要求35所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于10毫米。
37.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，其中，所述多個支撐構件被加工成能夠僅繞半導體晶片的邊緣與該半導體晶片發(fā)生接觸。
38.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，其中，至少某些支撐構件包括被構造成僅與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸的表面，該表面呈外凸且偏心的形狀。
39.如權利要求38所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件包括以叉狀形式與第二尖叉分隔開的第一尖叉，第一和第二尖叉均終止于所述基座構件的遠端處，具有外凸且偏心表面的所述支撐構件位于各個尖叉的遠端處。
40.如權利要求39所述的末端執(zhí)行器，還包括在所述基座構件的遠端處繞位于第一尖叉和第二尖叉上的支撐構件的止擋構件，這些止擋構件的高度大于所述支撐構件。
41.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件限定出晶片接收區(qū)域，并且該末端執(zhí)行器還包括一對應急銷，這對應急銷大體在所述基座構件的近端與遠端之間的晶片接收區(qū)域的中心區(qū)域中，在所述基座構件上在各自對面定位，這些應急銷的高度低于所述支撐構件的高度，用于防止半導體晶片與所述基座構件發(fā)生接觸。
42.如權利要求35所述的末端執(zhí)行器，其中，所述推動裝置的活塞與一個氣動致動器作用上關聯(lián)，該氣動致動器被構造成接收高壓氣體，用于將所述活塞從回縮位置移動至伸展位置。
43.如權利要求42所述的末端執(zhí)行器，還包括一個與所述氣動致動器相鄰設置的吸氣裝置，該吸氣裝置被構造成產生吸力，用于捕獲在所述活塞運動過程中釋放出的任何顆粒。
44.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，還包括晶片探測系統(tǒng)，該晶片探測系統(tǒng)包括跨過所述基座構件與受光通道對置的送光通道，此送光通道被構造成朝向所述受光通道發(fā)射光束，并且該晶片探測系統(tǒng)被構造成在所述光束被晶片阻斷時探測出晶片的存在。
45.如權利要求33所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件由包括聚醚-酮醚或者聚甲醛-乙縮醛聚合物的材料制成。
46.如權利要求45所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件由包括金屬的材料制成。
47.一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器，包括具有近端和遠端的基座構件；多個位于所述基座上的支撐構件，用于接觸和支撐置于該末端執(zhí)行器上的晶片，所述基座構件包括至少四個支撐構件，在它們之間限定出晶片接收區(qū)域，其中至少一個所述支撐構件包括呈偏心且外凸形狀的傾斜表面，該傾斜表面被構造成僅沿著半導體晶片的邊緣與此半導體晶片發(fā)生接觸。
48.如權利要求47所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件包括與第二尖叉間隔開的第一尖叉，每個尖叉均包括限定出所述基座構件的遠端的端部，支撐構件位于每個尖叉的所述端部，并且每個支撐構件均包括呈偏心且外凸形狀的傾斜表面。
49.如權利要求48所述的末端執(zhí)行器，還包括圍繞位于每個尖叉端部處的每個支撐構件的止擋構件。
50.如權利要求47所述的末端執(zhí)行器，還包括位于所述基座構件的近端處的推動裝置，該推動裝置包括可回縮活塞，此活塞被構造成與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸，用于在所述基座構件上對所述晶片進行定位。
51.如權利要求50所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約12毫米。
52.如權利要求50所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約10毫米。
53.如權利要求47所述的末端執(zhí)行器，其中，所述多個支撐構件被成形為僅圍繞半導體晶片的邊緣與該半導體晶片發(fā)生接觸。
54.如權利要求47所述的末端執(zhí)行器，其中，所述多個支撐構件限定一個晶片接收區(qū)域，并且該末端執(zhí)行器還包括一對應急銷，這對應急銷大體在所述基座構件的近端與遠端之間的晶片接收區(qū)域中心區(qū)域中、在所述基座構件上在各自對面設置，這些應急銷的高度低于所述支撐構件的高度，用于防止半導體晶片與所述基座構件發(fā)生接觸。
55.如權利要求50所述的末端執(zhí)行器，其中，所述推動裝置中的活塞與氣動致動器作用上相關聯(lián)，該氣動致動器被構造成接收高壓氣體，用于將所述活塞從回縮位置移動至伸展位置。
56.如權利要求55所述的末端執(zhí)行器，還包括與所述氣動致動器相鄰設置的吸氣裝置，該吸氣裝置被構造成產生吸力，用于捕獲在所述活塞運動過程中釋放出的任何顆粒。
57.如權利要求47所述的末端執(zhí)行器，還包括晶片探測系統(tǒng)，該晶片探測系統(tǒng)包括跨過所述基座構件與受光通道對置的送光通道，此送光通道被構造成朝向所述受光通道發(fā)射光束，并且該晶片探測系統(tǒng)被構造成在所述光束被晶片阻斷時探測出晶片的存在。
58.如權利要求47所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件由這樣包括聚醚-酮醚或者聚甲醛-乙縮醛聚合物的材料制成。
59.如權利要求58所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件由包括金屬的材料制成。
60.一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器，包括具有近端和遠端的基座構件；多個位于所述基座構件上的支撐構件，用于接觸和支撐置于該末端執(zhí)行器上的半導體晶片，這些支撐構件在它們之間限定出晶片接收區(qū)域；以及多個應急銷，這些應急銷在所述基座構件的近端與遠端之間的中心區(qū)域中、位于所述基座構件上，每個應急銷的高度均低于由所述支撐構件限定的高度，這些應急銷位于所述基座構件上，以便防止支撐于所述支撐構件上的半導體晶片與所述基座構件的其它部分發(fā)生接觸。
61.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，所述應急銷具有這樣一個高度并且設置于這樣一個位置，使得這些應急銷僅在保持于所述支撐構件上的半導體晶片發(fā)生撓曲時與該半導體晶片發(fā)生接觸。
62.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，所述應急銷的高度小于約1毫米。
63.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器在所述晶片接收區(qū)域之內包括兩個在所述基座構件上的中心區(qū)域中跨過一間隔設置的應急銷。
64.如權利要求63所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件包括與第二尖叉間隔開的第一尖叉，每個尖叉均包括一個限定出所述基座構件的遠端的端部，并且各個應急銷位于對應的尖叉上。
65.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件由包括金屬的材料制成。
66.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件由包括石英的材料制成。
67.如權利要求65所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件和應急銷均由晶體材料制成。
68.如權利要求67所述的末端執(zhí)行器，其中，所述晶體材料包括石英。
69.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，至少一個所述支撐構件限定出一個呈外凸且偏心形狀的傾斜表面，該傾斜表面被構造成僅與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸。
70.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件被構造成僅與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸。
71.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，還包括位于所述基座構件的近端處的推動裝置，該推動裝置包括可回縮活塞，所述活塞被構造成半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸，用于在所述基座構件上對所述晶片進行定位。
72.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約12毫米。
73.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約10毫米。
74.如權利要求71所述的末端執(zhí)行器，其中，所述推動裝置中的活塞與氣動致動器作用上相關聯(lián)，該氣動致動器被構造成接收高壓氣體，用于將所述活塞從回縮位置移動至伸展位置。
75.如權利要求74所述的末端執(zhí)行器，還包括與所述氣動致動器相鄰設置的吸氣裝置，該吸氣裝置被構造成產生吸力，用于捕獲在所述活塞運動過程中釋放出的任何顆粒。
76.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，還包括晶片探測系統(tǒng)，該晶片探測系統(tǒng)包括跨過所述基座構件與受光通道對置的送光通道，此送光通道被構造成朝向所述受光通道發(fā)射光束，并且該晶片探測系統(tǒng)被構造成在所述光束被晶片阻斷時探測出晶片的存在。
77.如權利要求60所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件具有拱形形狀，該拱形形狀大體上與半導體晶片的半徑匹配，各個支撐構件具有這樣一個晶片接觸表面，該晶片接觸表面從一個最大半徑逐漸變小至與所述基座構件相鄰的最小半徑，最大半徑與最小半徑之間的差值至少為約0.75毫米，所述支撐構件僅沿著半導體晶片的邊緣與該半導體晶片發(fā)生接觸。
78.如權利要求77所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件由能夠經受高達至少750℃溫度的材料制成。
79.如權利要求77所述的末端執(zhí)行器，其中，包括所述支撐構件和應急銷的基座構件由晶體材料制成。
80.如權利要求79所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件和應急銷與所述基座構件一體成形。
81.如權利要求79所述的末端執(zhí)行器，其中，所述結晶材料包括石英。
82.如權利要求80所述的末端執(zhí)行器，其中，所述石英經過火拋光處理。
83.如權利要求77所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件上的晶片接觸表面呈外凸形狀。
84.如權利要求77所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件上的晶片接觸表面呈內凹形狀。
85.如權利要求77所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件上的晶片接觸表面被倒角。
86.一種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器，包括具有近端和遠端的基座構件；多個位于所述基座構件上的支撐構件，用于接觸和支撐置于該末端執(zhí)行器上的半導體晶片，這些支撐構件被構造成僅僅與半導體晶片的邊緣發(fā)生接觸，所述支撐構件在它們之間限定出一個晶片接收區(qū)域，這些支撐構件具有一種拱形形狀，該拱形形狀大體上與半導體晶片的半徑匹配，各個支撐構件具有一個晶片接觸表面，該晶片接觸表面從一個最大半徑逐漸變小至與所述基座構件相鄰的最小半徑，最大半徑與最小半徑之間的差值至少為約0.75毫米。
87.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件由能夠經受至少高達約750℃溫度的材料制成。
88.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，包括所述支撐構件和應急銷的基座構件由晶體材料制成。
89.如權利要求88所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件和應急銷與所述基座構件一體成形。
90.如權利要求88所述的末端執(zhí)行器，其中，所述晶體材料包括石英。
91.如權利要求90所述的末端執(zhí)行器，其中，所述石英經過火拋光處理。
92.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件上的晶片接觸表面呈外凸形狀。
93.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件上的晶片接觸表面呈內凹形狀。
94.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件上的晶片接觸表面被倒角。
95.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約12毫米。
96.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器的最大輪廓高度低于約10毫米。
97.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，所述基座構件包括與第二尖叉間隔開的第一尖叉，每個尖叉均包括一個限定出所述基座構件的遠端的端部，并且支撐構件位于每個尖叉的所述端部處。
98.如權利要求97所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器包括至少四個支撐構件。
99.如權利要求98所述的末端執(zhí)行器，其中，該末端執(zhí)行器包括至少兩個位于所述基座構件的近端處的支撐構件。
100.如權利要求86所述的末端執(zhí)行器，其中，所述支撐構件限定出一個晶片接收區(qū)域，并且該末端執(zhí)行器還包括一對應急銷，這對應急銷大體在所述基座構件的近端與遠端之間的晶片接收區(qū)域的中心區(qū)域中、在所述基座構件上在各自對面設置，這些應急銷的高度低于所述支撐構件的高度，用于防止半導體晶片與所述基座構件發(fā)生接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了多種用于裝卸半導體晶片的末端執(zhí)行器設計。例如，公開了一種用于裝卸處于相對較低溫度的晶片的末端執(zhí)行器和一種用于裝卸處于相對較高溫度的晶片的末端執(zhí)行器。兩種末端執(zhí)行器均包括獨特設計的支撐構件，這些支撐構件被構造成僅在晶片的邊緣處與該晶片發(fā)生接觸。這兩種末端執(zhí)行器還可以包括一個晶片探測系統(tǒng)。用于裝卸處于相對較低溫度的晶片的末端執(zhí)行器還可以包括一個推動裝置，此推動裝置不僅用于對晶片進行定位，而且用于在利用固連在該末端執(zhí)行器上的機械手使得該末端執(zhí)行器加速或者減速的過程中將晶片保持在該末端執(zhí)行器上。正如所設計的那樣，這些末端執(zhí)行器可以具有細長的輪廓，使得這些末端執(zhí)行器更易于操控。
文檔編號H01L21/67GK1813335SQ200480018174
公開日2006年8月2日 申請日期2004年3月23日 優(yōu)先權日2003年6月27日
發(fā)明者保羅·曼茨 申請人:馬特森技術公司